Geometría del Carbono

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Geometría del Carbono. Hibridización de 
Orbitales. 
 
1 Geometría del Carbono. Hibridización de 
Orbitales. 
Hace siglos que el hombre se define por los materiales que usa. Edades enteras se 
definieron en función de los materiales dominantes, y así existió la Edad de Piedra, 
la de Cobre, Bronce, Hierro, con materiales que se alternaban cada vez más 
rápido, hasta llegar al Acero, el Aluminio, el Plástico y los diferentes polímeros que 
utilizamos hoy. 
Los materiales que usamos se superan todos los días, y empezamos a pedirles 
cada vez más, hasta solo sorprendernos cuando aparece uno realmente 
disruptivo, y la historia de esta sorpresa empieza con un solo elemento: carbono. 
El Carbono representa apenas cerca del 1% de la materia conocida en el 
Universo, y cerca del 0.3% de la corteza terrestre, pero aún así, algo más del 18% 
de la masa de un organismo vivo, al punto que exista la Química Orgánica, 
dedicada exclusivamente a aprender las formas en las que se pueden tejer 
estructuras carbonadas. Pero ¿por qué será tan importante el Carbono? 
Los gases nobles son llamados así por su reticencia a combinarse con otros 
elementos, el carbono es exactamente así, pero al revés. El carbono posee 4 
electrones en su última órbita (y 2 en una más cercana al núcleo), y eso le permite 
establecer 4 uniones covalentes con otros átomos, convirtiéndolo en el núcleo de 
una increíble cantidad de geometrías diferentes que pueden generar desde gases 
como el metano hasta el corazón de una estructura tan compleja como la de la 
molécula de ADN en la que guardamos nuestra información genética. 
Esta plasticidad tiene que ver con la posibilidad que tiene el carbono de generar 
varios tipos distintos de de orbitales moleculares híbridos, o sea, que pueden 
adquirir diferentes formas en el espacio. Formas lineales, formas triangulares planas 
y formas tetrahédricas, y esto se debe a que los 4 electrones de la última capa 
pueden estar contenidos en orbitales moleculares que tienen diferentes formas, 
por un lado, un orbital esférico que se denomina ‘s’, y por otro, tres orbitales p que 
se ordenan como los ejes x, y y z que conocemos para definir las 3 dimensiones del 
espacio. Lo importante es que estos diferentes orbitales pueden combinarse y 
formar otros que nacen de la combinación de varios de los anteriores, y eso nos 
permite conectar átomos de carbonos como jugando con pelotitas de telgopor y 
palitos para generar estructuras que, si bien están hechas de exactamente los 
mismo átomos, son ligeramente distintas, y cuando hablamos de ‘ligeras 
diferencias’, hablamos de la sutil distancia que hay entre el grafito de un lápiz (una 
unión de átomos de carbono de hibridación sp2, trigonal plana) con un diamante 
(los mismos átomos de carbono pero en unidos de forma tetrahédica con 
hibridación sp3. 
La red tridimensional tetraédrica perfectamente regular que forma el diamante le 
da su dureza y le permite a la luz atravesarlo con facilidad, pero hay un material 
aún más sorprendente y es el grafeno. Tan sorprendente que podría definir nuestra 
era como la Edad del Grafeno. 
Cuando los átomos de carbono se encuentran con hibridación sp2 (la que tiene a 
cada átomo adyacente en la punta de un triángulo) podemos conectar 6 átomos 
en un hexágono perfectamente regular. Si juntamos muchos, se forma una especie 
de panal de abejas, pero eso incluye solamente 3 enlaces químicos covalentes (o 
sea 6 electrones), así que existe un par de electrones que queda libre, compartido 
entre todos los enlaces del hexágono. 
Si a este hexágono le ponemos otro al lado, y otro, ahora vamos a tener muchos 
pares de electrones compartidos, flotando deslocalizadamente entre todos los 
enlaces. Ese compartir electrones le va a dar a este compuesto una dureza 
extrema, algo así como 200 veces la del acero, pero al mismo tiempo le va a 
permitir que transmita la electricidad de una manera increíblemente eficiente, 
gracias a la facilidad con la que fluyen los electrones entre todos esos enlaces 
compartidos. 
 
Figura 1. Adaptado de Books / Cole 2006 
Al mismo tiempo, esta lámina que generamos, este panal de abejas o alambre de 
gallinero, puede enrollarse sobre sí mismo, creando los nanotubos de carbono, o 
pueden formar esferas parecidas a pelotas de fútbol que se llaman fullerenos. 
Sea cual se su forma, lo más interesante de estos compuestos es pensar que sus 
propiedades especiales no vienen de los átomos que las constituyen, sino de las 
geometrías que ellos dibujan en el espacio, volviendo una y otra vez sobre esa 
idea de que en la era de la nanotecnología, el tamaño y la forma de las 
moléculas es lo que determina sus propiedades. 
 
Figura 2. Nanotubos de carbono