Tetravalenza dell'atomo di carbonio

Come si può spiegare la tetravalenza dell’atomo di carbonio?

Prendendo in esame la configurazione elettronica del carbonio sembra possa formare solamente 2 legami, avendo due elettroni liberi. In realtà però, nella maggior parte dei casi, ne forma 4 così da raggiungere una maggiore stabilità. La formazione dei 4 legami è permessa dalla promozione di un elettrone 2s all’orbitale 2pz. Nonostante la promozione dell’elettrone richieda dell’energia, vi è un grande guadagno energetico legato alla possibilità di formare 4 legami.Il legame covalente può poi essere semplice, se viene condivisa una sola coppia di elettroni, doppio, in cui sono condivise due coppie di elettroni, e triplo, in cui sono condivise tre coppie di elettroni. Un esempio di legame doppio è quello tra due atomi di ossigeno in cui, oltre ad essere presente un legame γ, vi è un legame π. Invece due atomi di azoto sono uniti da un triplo legame costituito da un legame γ e 2 π: uno dei tre elettroni disponibili dell’azoto, sovrapponendo il suo orbitale 2p con un altro orbitale 2p , forma un legame γ. Gli orbitali 2py invece si sovrappongono lateralmente, lobo a lobo, formando un legame π che blocca il legame γ sopra e sotto. L’elettrone presente nell’orbitale 2pz forma un altro legame π. Per rompere questi legami è necessaria molta energia, tanto che il nostro organismo non è in grado di fissare l’azoto. Infine la forza di un legame γ è maggiore rispetto a quella di un legame π, perché la sovrapposizione nel legame γ è migliore; inoltre, in media, i legami ionici sono più forti di quelli covalenti.