La mejor respuesta
Los enlaces simples, dobles y triples son muy conocidos y los ejemplos más simples son etano, eteno (etileno) y etino (acetileno). En el etano, dos electrones son compartidos por dos carbonos (enlace simple), que ocupan el orbital σ. El doble enlace ocurre cuando se comparten cuatro electrones, ocupando un orbital σ (sigma) y uno π (pi). Finalmente, el enlace triple se produce al compartir seis electrones en un orbital σ y dos orbitales π.
Por lo tanto, se supone que el enlace cuádruple ocurre cuando dos átomos comparten ocho electrones. Esto no es posible para el carbono (en realidad, C\_2 tiene doble enlace y C\_2 ^ {2-} tiene triple enlace) debido a restricciones de simetría. Cuando solo los orbitales atómicos s están disponibles para la unión, solo se puede realizar un enlace σ. Con tres orbitales p, es posible hacer un enlace σ (que involucra orbitales p\_z) y dos enlaces π (orbitales p\_x + p\_x y orbitales p\_y + p\_y).
El enlace cuádruple (y quíntuple) solo es posible utilizando orbitales d. Con ellos, puede hacer un enlace σ (que involucra orbitales d\_ {z ^ 2}), dos enlaces π (orbitales d\_ {xz} + d\_ {xz} y orbitales d\_ {yz} + d\_ {yz}) y dos enlaces δ (delta) (orbitales d\_ {xy} + d\_ {xy} y d\_ {x ^ 2-y ^ 2} + d\_ {x ^ 2-y ^ 2} orbitales).
El primer ejemplo de enlace cuádruple se detectó en el anión complejo [Re\_2Cl\_8 ^ {2-}], donde dos Las unidades [ReCl\_4 ^ -] están conectadas por enlace cuádruple (un enlace σ, dos enlaces π y uno δ) entre dos átomos de renio. Las evidencias experimentales que confirman la existencia de enlace cuádruple en este compuesto fueron dadas por estudios estructurales (cristalografía de rayos X) y técnicas espectroscópicas.
A pesar de su rareza, se han descubierto más compuestos con enlace cuádruple y, más recientemente , especies con enlace quíntuple (con todos los orbitales d) y enlace séxtuple (con todos los d orbitales más un orbital s).
Es posible ir más allá con metales del bloque f que, en teoría, podrían formar enlaces φ.
Respuesta
El carbono puede formar y forma habitualmente enlaces triples consigo mismo (como en C2H2, acetileno), en compuestos de ciano (CN-) y en monóxido de carbono (CO). Algunos estudiantes se preguntan por qué 2 átomos de carbono no forman enlaces cuádruples consigo mismos para completar los orbitales de ambos átomos. Probablemente se estén preguntando sobre esto dado que el vecino del carbono a la derecha, el nitrógeno, forma un triple consigo mismo en la molécula de N2, por lo que cada átomo puede tener un recuento completo de electrones. Si este fue su hilo de pensamiento, lo felicito por ello. Esto está utilizando un patrón subyacente para predecir el comportamiento de otros sistemas.
Pero hay más en la unión que solo la tendencia a lograr una configuración de gas noble. La formación de algunos tipos de enlaces puede ser menos estable (o inestable) en comparación con otros debido a las fuerzas repulsivas. Podría existir una molécula de C2 con enlaces cuádruples a las bajas temperaturas del espacio, pero es poco probable que sea estable a temperaturas y presiones ambientales. Recuerde que el carbono tiene un radio atómico pequeño, y en el caso de un enlace cuádruple C2, son 8 electrones empaquetados en una región muy pequeña. La cantidad de repulsión sería inmensa.
La molécula C2 ha sido objeto de una extensa investigación durante muchas décadas. Los químicos continúan preguntándose que el carbono puede formar un enlace cuádruple consigo mismo. Si estás interesado en el tema, aquí tienes un puñado de artículos que exploran la posibilidad de un enlace cuádruple en C2: Enlace cuádruple en C2 y especies análogas de electrones de ocho valencia
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/SC/C5SC03437J#!divAbstract
Y aquí hay otro que sugiere la existencia de un ligando CUO con un enlace cuádruple entre carbono y uranio. Sobre la máxima multiplicidad de enlaces del carbono: enlace cuádruple C≣U inusual en CUO molecular
El carbono forma compuestos de acetiluro con una serie de álcalis y metales alcalinotérreos. El anión acetiluro, que está en un estado -2 y se considera un enlace triple, tiene una longitud de enlace aún más corta entre los átomos de carbono que la del supuesto enlace cuádruple de C2. Si tuviera que hacer una suposición fundamentada, es probable que C2 haga una transición entre un grupo de estados excitados en los que uno de los átomos de carbono está en estado C- y el otro en C +. Es probable que esto provoque una contracción muy breve de un enlace triple, lo que lleva a los investigadores a asumir que se trata de un enlace cuádruple. Pero probablemente no lo sea.