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Tetravalencia del Carbono

Por: Rubén Lijó Sánchez

El hecho de que el Carbono sea tetravalente, significa que tiene 4 electrones desapareados en su última capa y, por lo tanto, puede presentar 4 enlaces covalentes con radicales de diversos tipos como, por ejemplo, el Hidrógeno.
La configuración electrónica de los elementos determina el número de electrones que tiene un átomo determinado en su última capa y, además, en qué tipo de orbital está. Existen cuatro tipos de orbitales: los orbitales s (que admiten 2 electrones), los p (que admiten 6), los d (que admiten 10) y los f (que admiten 14).
    Pero… ¿Qué es un orbital? El orbital se define como la región del espacio donde es más probable encontrar un electrón. En la mecánica cuántica se sostiene que es imposible conocer de manera simultánea la cantidad de movimiento y la posición de un electrón (principio de incertidumbre/incerteza/indeterminación de Heisenberg).
    El carbono es un elemento no metálico que está en el grupo VIA de la tabla periódica y, por lo tanto, en su última capa tiene los orbitales p semillenos o semivacíos. Su número atómico (Z) es 6, lo que quiere decir que tiene esos 4 electrones desapareados en la última capa (como los elementos del mismo grupo). Los otros dos electrones que faltarían para llegar a los 6, se encuentran ocupando las capas previas. No obstante, éstos no participan de ninguna manera en el enlace.

¿Cómo se organizan los electrones de valencia (última capa) del Carbono para que éste tenga valencia 4 en compuestos orgánicos?

    En estas dos imágenes de las configuraciones electrónicas del Carbono, vemos cómo se encuentra cada electrón en su orbital. El número cuántico n es variable según la capa a la que nos refiramos. En este caso aparece la capa 1 y la capa 2 (que son los números que preceden al tipo de orbital). Cada flecha se corresponde con un electrón.
Como pueden observar, no todas las flechas están en la misma posición. Esto es porque el electrón tiene un movimiento de giro alrededor del núcleo, pero tiene también un movimiento de rotación sobre sí mismo (como los planetas), que recibe el nombre de espín. Los electrones que se encuentran emparejados llevan necesariamente distinto sentido del espín (principio de exclusión de Pauli) y, por ello, se representa con las flechas en posición inversa.

La explicación que responde al por qué de la tetravalencia del Carbono es que, en estado fundamental, vemos que el orbital s de la capa 2 (2s) está completo con 2 electrones emparejados. Al aplicar cierta energía (concretamente 96 kcal/mol), el átomo de Carbono se excita, y un electrón del orbital s promociona al pz para hacer más estable a la molécula.
De ésta manera quedan 4 electrones sin pareja en la última capa, que son los electrones de valencia que se unirán mediante un enlace covalente a otros electrones provenientes del radical que reaccione con el Carbono.

- [Fuente Original]

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