Página 90 - Libro de Química de Primero de Bachillerato

Busca el número atómico (Z) del carbono en la tabla periódica. Ese valor coincide con el número de protones y, para un átomo neutro, con el número de electrones.

Análisis: El número atómico (Z) de un elemento indica cuántos protones y, en un átomo neutro, la misma cantidad de electrones.
El carbono tiene Z = 6.

Resolución paso a paso:

1. Se consulta la tabla periódica y se verifica que el símbolo C tiene Z = 6.
2. En un átomo neutro, $$\text{protones} = \text{electrones} = Z$$.
3. Por lo tanto, el carbono posee 6 protones y 6 electrones.

Conclusión: El carbono tiene 6 protones y 6 electrones.

Recuerda que los isótopos se nombran con su número másico: número másico = protones + neutrones. Verifica cuáles aparecen con abundancia significativa en la naturaleza y cuáles en trazas.

Análisis: Los isótopos son átomos del mismo elemento con distinto número de neutrones.

Resolución paso a paso:

1. Se revisan los registros isotópicos: carbono presenta tres isótopos presentes de manera natural.
2. Carbono-12 (¹²C): ≈ 98.9 % de abundancia, 6 protones y 6 neutrones.
3. Carbono-13 (¹³C): ≈ 1.1 % de abundancia, 6 protones y 7 neutrones.
4. Carbono-14 (¹⁴C): trazas (< 0.01 %), 6 protones y 8 neutrones; es radiactivo (T_½ ≈ 5730 años), pero se genera continuamente en la atmósfera.

Conclusión: Los isótopos naturales del carbono son ¹²C y ¹³C (estables) y ¹⁴C (radiactivo, presente en trazas).

Aplica el principio de Aufbau (llenado de orbitales) y verifica cuántos electrones ocupan el nivel n = 2. Recuerda que los electrones de valencia son los del último nivel energético.

Análisis: Se distribuyen los 6 electrones del carbono en los subniveles de menor a mayor energía.

Resolución paso a paso:

1. Regla de llenado: 1s, 2s, 2p…
2. $$1s^2$$: 2 e⁻ (quedan 4).
3. $$2s^2$$: 2 e⁻ (quedan 2).
4. $$2p^2$$: 2 e⁻.

Así, la configuración electrónica completa es:
$$1s^2\;2s^2\;2p^2$$

Número de electrones en la última capa (nivel 2): 2s² + 2p² = 4 electrones.

Conclusión: Configuración electrónica $$[He]\;2s^2\;2p^2$$; el carbono posee 4 electrones de valencia.

Piensa en la regla del octeto: los átomos tienden a completar 8 electrones en su capa de valencia. El carbono comparte sus 4 e⁻ para llegar a ese número, lo que explica su gran capacidad para formar cadenas y moléculas orgánicas complejas.

Análisis: La pregunta se refiere al comportamiento químico (valencia) de los 4 electrones de la capa externa.

Resolución paso a paso:

1. El carbono tiene 4 electrones de valencia (2s² 2p²).
2. Para alcanzar la regla del octeto le faltan 4 electrones más.
3. En lugar de ganar o perder 4 e⁻ (lo que requeriría mucha energía), el carbono comparte esos electrones formando cuatro enlaces covalentes.
4. Puede hibridar sus orbitales
   • sp³ → 4 enlaces σ (ej. metano CH₄)
   • sp² → 3 enlaces σ + 1 π (ej. eteno C₂H₄)
   • sp → 2 enlaces σ + 2 π (ej. etino C₂H₂)

Conclusión: Los cuatro electrones de valencia del carbono se comparten con otros átomos, permitiéndole formar hasta cuatro enlaces covalentes y actuar como elemento tetravalente.