Ejercicio 5
Observo la tabla periódica de los elementos y describo las propiedades específicas del carbono que se indican a continuación.
Parte 5.a
Número de protones y electrones
- El carbono (C) se ubica en el grupo 14 y el periodo 2 de la tabla periódica.
- Su número atómico es Z = 6, lo que indica el número de protones: Z = 6 protones.
- El átomo de carbono es eléctricamente neutro, por lo que los electrones igualan a los protones: n_e^- = Z = 6 electrones.
Respuesta
6 protones y 6 electrones.
Parte 5.b
Isótopos naturales
- Los isótopos son átomos del mismo elemento con el mismo número de protones pero distinto número de neutrones.
- El carbono presenta dos isótopos estables abundantes: carbono-12 (^{12}_{6}\text{C}) y carbono-13 (^{13}_{6}\text{C}).
- Carbono-12: 6 protones y 12 - 6 = 6 neutrones, abundancia aproximada 98{,}9\,\%.
- Carbono-13: 6 protones y 13 - 6 = 7 neutrones, abundancia aproximada 1{,}1\,\%.
- Existe además el isótopo radiactivo carbono-14 (^{14}_{6}\text{C}), con 8 neutrones, presente en cantidades ínfimas, usado en datación por radiocarbono.
Respuesta
^{12}\text{C} (98{,}9\,\%) y ^{13}\text{C} (1{,}1\,\%); también existe en trazas el radiactivo ^{14}\text{C}.
Parte 5.c
Configuración electrónica y número de electrones en su última capa
- Orden de llenado (regla de Aufbau): 1s, 2s, 2p.
- Con 6 electrones se llena el subnúcleo 1s^{2} (2 electrones).
- Continúa el subnúcleo 2s^{2}: 2 + 2 = 4 electrones usados.
- Los 2 electrones restantes ocupan el subnúcleo 2p^{2}.
- Configuración electrónica: 1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{2}.
- Los electrones de valencia son los de la capa n = 2 (segunda capa): 2s^{2} + 2p^{2} = 4 electrones.
Respuesta
1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{2}; la última capa (segunda capa, n=2) tiene 4 electrones de valencia.
Parte 5.d
¿Qué sucede con los cuatro electrones del carbono?
- El carbono tiene 4 electrones de valencia en una capa que admite un máximo de 8 electrones (regla del octeto). Le faltan 4 para completar el octeto.
- Gana electrones difícilmente: necesitaría 4 electrones (formar un ion con carga 4-, muy poco favorable por el alto costo energético).
- Pierde sus 4 electrones de valencia para formar \text{C}^{4+} también es desfavorable: son muchos electrones que retirar de un átomo pequeño.
- Por eso, el carbono tiende a compartir 4 electrones mediante enlaces covalentes, formando 4 enlaces en sus compuestos (por ejemplo, \text{CH}_{4}, \text{CO}_{2}, los hidrocarburos).
- Esta capacidad de formar 4 enlaces y enlaces largos y estables explica la existencia de millones de compuestos orgánicos.
Respuesta
Los 4 electrones de valencia se comparten en 4 enlaces covalentes, porque ganar o perder 4 electrones es energéticamente desfavorable; así el carbono alcanza el octeto completo.
