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El carbono frente al silicio

abe preguntarse si la situación del carbono es singular o si por el contrario algún otro elemento participa de sus mismas propiedades. Observando el sistema periódico se advierte que el silicio está situado en el mismo grupo justo debajo del carbono y con idéntica configuración electrónica externa.

¿Por qué razón la vida se ha desarrollado sobre los compuestos del carbono y no sobre los del silicio?

¿Por qué los derivados del silicio son tan poco numerosos frente a los del carbono?

La existencia en el silicio de ocho electrones internos adicionales respecto del carbono hace que los electrones externos o de valencia responsables del enlace químico estén más alejados del núcleo y, por tanto, atraídos por él más débilmente. Ello se traduce en que la fuerza de los enlaces del silicio es comparativamente menor; particularmente lo es el enlace Si-Si (cuya energía de enlace es aproximadamente la mitad de la del enlace C --- C), lo que le convierte en más reactivo, es decir, menos estable químicamente.

No obstante, el silicio cristaliza formando una red tridimensional semejante a la del diamante, y sus derivados constituyen el 87 % de la composición de la corteza terrestre. Su combinación con el oxígeno origina la sílice o cuarzo (SiO2). El carácter francamente polar de esta unión da lugar a estructuras reticulares o redes cristalinas que por sus propiedades se parecen enormemente a las de los sólidos iónicos.

Hibridación de orbitales

La geometría de las moléculas en general y la de los compuestos del carbono en particular, puede explicarse recurriendo a la idea de hibridación de orbitales. El análisis de tres átomos típicos, el berilio (Be), el boro (B) y el carbono (C) permite ilustrar este fenómeno mecanocuántico. El berilio tiene como configuración electrónica 1s²2s²; a pesar de que todos sus orbitales están completos se combina dando lugar a moléculas lineales con dos enlaces.

La explicación de este hecho experimental es la siguiente: cuando el átomo de Be se excita, un electrón 2s es promovido al orbital 2px y la configuración electrónica del berilio excitado, Be*, se convierte en 1s²2s¹2p¹_x  Los dos electrones desapareados 2s y 2px pueden dar lugar a sendos enlaces, que por sus características deberían ser de diferente intensidad. La observación experimental demuestra, sin embargo, que ambos enlaces son equivalentes y la teoría cuántica del enlace químico explica este hecho recurriendo a la idea de hibridación. Cuando el berilio se excita, se produce una combinación entre los orbitales 2s y 2px que da lugar a sendos orbitales híbridos sp equivalentes.

En el átomo de boro, de configuración electrónica 1s²2s²p¹_x, sucede algo similar y el boro excitado, B*, alcanza la configuración 1s²2s¹2p¹_x2p¹_y por la promoción de un electrón 2s a un orbital 2p. Los orbitales correspondientes a los tres electrones desapareados se hibridan dando lugar a tres orbitales equivalentes sp2 que determinan la geometría trigonal plana de sus enlaces.

El átomo de carbono, con configuración electrónica 1s²2s²2p² en el estadofundamental, se convierte, por efecto de la excitación, en 1s²2s¹2p¹_x2p¹_y2p¹_z con cuatro electrones desapareados, cuyos orbitales respectivos se hibridan para dar lugar a otros tantos orbitales equivalentes sp³cuyos lóbulos se orientan tetraédricamente. Los lóbulos principales de los orbitales que resultan de la hibridación se denominan, con frecuencia, nubes activas porque son ellas las que participan en la formación del enlace.

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