Dióxido de Carbono
Dióxido de Carbono
Propiedades del Dióxido de Carbono
A partir de la estructura de Lewis del CO2 y del VSEPR, podemos determinar que se trata de una molécula lineal.
Veamos algunas de las propiedades físicas del CO2.
| Propiedades | CO2 | ||
| Punto de ebullición | 195 (sublima) | ||
 Hf (298 K) |
-393.5 kJ/mol | ||
| energía de enlace | 806 kJ/mol | ||
| Distancia de enlace C-O | 1.16  |
momento dipolar | 0 D |
Los enlaces C-O en el dióxido de carbono son polares y, sin embargo, el momento dipolar es cero porque los 2 dipolos de enlace se cancelan entre sí.
Una cosa que podemos entender mirando la estructura del CO2, es que el centro de carbono de la molécula debe ser electrófilo. Un electrófilo (amante de los electrones) es un centro que es pobre en electrones y será atraído por centros que son ricos en electrones.
Aunque el recuento total de electrones alrededor del carbono es de 8, esto sobreestima la densidad de electrones. Este carbono está unido sólo a átomos de oxígeno altamente electronegativos. Los electrones de enlace estarán todos más estrechamente asociados con el oxígeno que con el carbono.
Enlace en el Dióxido de Carbono
De la estructura de Lewis podemos ver que el carbono en el CO2 debe hacer 2 enlaces sigma y no tiene pares solitarios. Este átomo estará hibridado 2sp con los orbitales atómicos restantes 2px y 2py.
Cada oxígeno hace 1 enlace sigma y también necesita 2 orbitales para pares solitarios de electrones. Cada uno de ellos debe estar hibridado 2sp2 con un orbital 2p restante. Uno de los oxígenos tendrá un orbital 2px para combinarse con el orbital 2px del carbono. El otro oxígeno tendrá un orbital 2py que puede combinarse con el otro orbital p del carbono.
Un orbital 2sp2 en el O1 se combina con un orbital 2sp en el C para hacer un orbital molecular de enlace sigma y uno antienlace sigma. El otro orbital 2sp en el C se combina con un orbital 2sp2 en el O2 para formar otro conjunto de orbitales moleculares de enlace sigma y antienlace sigma.
Los 2sp2 restantes de los átomos de oxígeno se convierten en orbitales moleculares no enlazantes.
El O1 2px se combina con el C 2px para formar un orbital molecular pi enlazante y pi antienlazante. El O2 2py se combina con el C 2py para hacer otro conjunto de orbitales moleculares de enlace pi y antienlace pi.
Los 16 electrones de valencia se llenan a través de los 2 orbitales de enlace pi por lo que hay un doble enlace completo entre el carbono y cada oxígeno.
Estados de oxidación
Como has visto anteriormente, el recuento total de electrones alrededor de los átomos en el dióxido de carbono sobreestima seriamente la densidad de electrones alrededor del átomo de carbono. No nos ayuda a predecir la reactividad de este átomo. El formalismo del estado de oxidación puede darnos una mejor idea sobre la densidad de electrones alrededor de un átomo y su tendencia a añadir electrones y reducirse.
Para encontrar el estado de oxidación de los átomos en el CO2,
- Dibuje la estructura de Lewis.
- Rompa los enlaces dando todos los electrones de enlace al más electronegativo de los 2 átomos. (Cuando los átomos son iguales, da a cada átomo 1/2 de los electrones de enlace.)
- Cuenta los electrones alrededor de cada átomo y compara el número de electrones con el número de electrones de valencia, igual que haces con la carga formal.
- Usa números romanos en lugar de números para designar el estado de oxidación.
Desde los estados de oxidación, vemos que el centro de carbono es muy pobre en electrones y está en su estado de oxidación más alto posible. Debe ser susceptible a la reducción.
Acoplamiento reductor
El metal sodio tiene un solo electrón en su capa de valencia. Tiene una fuerte tendencia a perder ese electrón y a oxidarse. El carbono en el CO2 está en su estado de oxidación más alto. Debería tener una tendencia a ganar un electrón y oxidarse.
Los electrones no apareados en dos de los centros de carbono reducidos pueden combinarse para formar un enlace covalente en el producto, oxalato de sodio.
Adición de hidróxido
El carbono del CO2 es electrófilo (pobre en electrones). El oxígeno del ion hidróxido, HO-, tiene un exceso de densidad de electrones en el oxígeno. Un centro rico en electrones que puede formar un enlace con un átomo de carbono pobre en electrones se llama nucleófilo (amante de la carga positiva). Las flechas moradas en el esquema de reacción indican el flujo de electrones en la reacción.
