El átomo de carbono es único entre los elementos en su tendencia a formar extensas redes de enlaces covalentes no solo con otros elementos sino también consigo mismo. Debido a su posición a medio camino en la segunda fila horizontal de la Tabla periódica, el carbono no es un elemento electropositivo ni electronegativo; por lo tanto, es más probable que comparta electrones que ganarlos o perderlos. Además, de todos los elementos de la segunda fila, el carbono tiene el número máximo de electrones de la capa exterior (cuatro) capaces de formar enlaces covalentes., (Otros elementos, como el fósforo y el cobalto , son capaces de formar cinco y seis enlaces covalentes, respectivamente, con otros elementos, pero carecen de la capacidad del carbono para unirse indefinidamente consigo mismo. Cuando se unen completamente a otros átomos, los cuatro enlaces del átomo de carbono se dirigen a las esquinas de un tetraedro y forman ángulos de aproximadamente 109,5° entre sí (véase enlace químico: enlaces entre átomos)., El resultado es que no solo los átomos de carbono pueden combinarse entre sí indefinidamente para dar compuestos de peso molecular extremadamente alto, sino que las moléculas formadas pueden existir en una variedad infinita de estructuras tridimensionales. Las posibilidades de diversidad se incrementan por la presencia de átomos distintos del carbono en los compuestos orgánicos, especialmente hidrógeno (H), oxígeno (o), nitrógeno (N), Halógenos (flúor , cloro , bromo y yodo) y azufre (s). Es el enorme potencial de variación en las propiedades químicas lo que ha hecho que los compuestos orgánicos sean esenciales para la vida en la Tierra.,
Las estructuras de los compuestos orgánicos comúnmente están representadas por fórmulas estructurales simplificadas, que muestran no solo los tipos y números de átomos presentes en la molécula, sino también la forma en que los átomos están unidos por los enlaces covalentes, información que no está dada por fórmulas moleculares simples, que especifican solo el número y el tipo de átomos contenidos en una molécula. (Con la mayoría de los compuestos inorgánicos, el uso de fórmulas estructurales no es necesario, porque solo unos pocos átomos están involucrados y solo una sola disposición de los átomos es posible.,) En las fórmulas estructurales de los compuestos orgánicos, se utilizan líneas cortas para representar los enlaces covalentes. Los átomos de los elementos individuales están representados por sus símbolos químicos, como en las fórmulas moleculares.
Las fórmulas estructurales varían ampliamente en la cantidad de información tridimensional que transmiten, y el tipo de Fórmula estructural utilizada para cualquier molécula depende de la naturaleza de la información que la fórmula está destinada a mostrar. Los diferentes niveles de sofisticación pueden ilustrarse considerando algunos de los compuestos orgánicos menos complejos, los hidrocarburos., El gas etano, por ejemplo, tiene la Fórmula molecular C2H6. La fórmula estructural más simple, dibujada ya sea en una versión condensada o en una versión expandida, revela que el etano consiste en dos átomos de carbono unidos entre sí, cada átomo de carbono lleva tres átomos de hidrógeno. Tal representación bidimensional muestra correctamente la disposición de unión en el etano, pero no transmite ninguna información sobre su arquitectura tridimensional. Se puede dibujar una fórmula estructural más sofisticada para representar mejor la estructura tridimensional de la molécula., Tal fórmula estructural muestra correctamente la orientación tetraédrica de los cuatro átomos (un carbono y tres hidrógenos) Unidos a cada carbono, y la arquitectura específica de la molécula.
Las moléculas orgánicas más grandes se forman por la adición de más átomos de carbono. El butano, por ejemplo, es un hidrocarburo gaseoso con la Fórmula molecular C4H10, y existe como una cadena de cuatro átomos de carbono con 10 átomos de hidrógeno unidos. A medida que los átomos de carbono se agregan a un marco molecular, la cadena de carbono puede desarrollar ramas o formar estructuras cíclicas., Una estructura de anillo muy común contiene seis átomos de carbono en un anillo, cada uno Unido en una disposición tetraédrica, como en el hidrocarburo ciclohexano, C6H12. Tales estructuras de anillo a menudo se representan simplemente como Polígonos regulares en los que cada ápice representa un átomo de carbono, y los átomos de hidrógeno que completan los requisitos de enlace de los átomos de carbono no se muestran. La Convención de polígonos para estructuras cíclicas revela concisamente la disposición de enlace de la molécula, pero no transmite explícitamente información sobre la arquitectura tridimensional real., Cabe señalar que el polígono es solo un símbolo bidimensional para la molécula tridimensional.
bajo ciertas condiciones de enlace, los átomos adyacentes formarán múltiples enlaces entre sí. Un enlace doble se forma cuando dos átomos usan dos pares de electrones para formar dos enlaces covalentes; un enlace triple resulta cuando dos átomos comparten tres pares de electrones para formar tres enlaces covalentes. Los enlaces múltiples tienen características estructurales y electrónicas especiales que generan propiedades químicas interesantes., Los seis átomos involucrados en un doble enlace (como en eteno, C2H4) se encuentran en un solo plano, con regiones por encima y por debajo del plano ocupadas por los electrones del segundo enlace covalente. Los átomos en un enlace triple (como en acetileno, o etino, C2H2) se encuentran en una línea recta, con cuatro regiones al lado del eje de enlace ocupadas por electrones del segundo y tercer enlaces covalentes.Carl R. Noller Melvyn C. Usselman
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