Čo by ste mali vedieť o zlúčeninách uhlíka

Existuje viac zlúčenín uhlíka ako v akomkoľvek inom prvku okrem vodíka. Laguna Design / Getty Images

Zlúčeniny uhlíka sú chemické látky, ktoré obsahujú atómov uhlíka viazané na akýkoľvek iný prvok. Existuje viac zlúčenín uhlíka ako v akomkoľvek inom prvku okrem vodíka . Väčšina týchto molekúl sú organické zlúčeniny uhlíka (napr. benzén, sacharóza), hoci existuje aj veľké množstvo anorganických zlúčenín uhlíka (napr. oxid uhličitý ). Jednou z dôležitých vlastností uhlíka je katenácia, čo je schopnosť vytvárať dlhé reťazce resp polyméry . Tieto reťazce môžu byť lineárne alebo môžu tvoriť kruhy.

Typy chemických väzieb tvorených uhlíkom

Uhlík najčastejšie tvorí kovalentné väzby s inými atómami. Uhlík vytvára nepolárne kovalentné väzby, keď sa viaže na iné atómy uhlíka a polárne kovalentné väzby s nekovmi a metaloidmi. V niektorých prípadoch uhlík vytvára iónové väzby. Príkladom je väzba medzi vápnikom a uhlíkom v karbide vápnika, CaC_dva.

Uhlík je zvyčajne štvormocný (oxidačný stav +4 alebo -4). Sú však známe aj iné oxidačné stavy, vrátane +3, +2, +1, 0, -1, -2 a -3. Je dokonca známe, že uhlík tvorí šesť väzieb, ako napríklad v hexametylbenzéne.

Hoci dva hlavné spôsoby klasifikácie zlúčenín uhlíka sú organické alebo anorganické, existuje toľko rôznych zlúčenín, že ich možno ďalej deliť.

Alotropy uhlíka

Allotropy sú rôzne formy prvku. Technicky to nie sú zlúčeniny, aj keď sa štruktúry často nazývajú týmto názvom. Medzi dôležité alotropy uhlíka patrí amorfný uhlík, diamant , grafit, grafén a fullerény. Sú známe ďalšie alotropy. Aj keď sú alotrópy všetky formy toho istého prvku, majú navzájom výrazne odlišné vlastnosti.

Organické zlúčeniny

Organické zlúčeniny boli kedysi definované ako akékoľvek zlúčeniny uhlíka tvorené výlučne živým organizmom. Teraz sa mnohé z týchto zlúčenín môžu syntetizovať v laboratóriu alebo sa našli odlišné od organizmov, takže definícia bola revidovaná (hoci nebola dohodnutá). Organická zlúčenina musí obsahovať aspoň uhlík. Väčšina chemikov súhlasí s tým, že musí byť prítomný aj vodík. Napriek tomu je klasifikácia niektorých zlúčenín sporná. Hlavné triedy organických zlúčenín zahŕňajú (ale nie sú obmedzené na) sacharidy , lipidov , bielkoviny , a nukleových kyselín . Príklady organických zlúčenín zahŕňajú benzén, toluén, sacharózu a heptán.

Anorganické zlúčeniny

Anorganické zlúčeniny možno nájsť v mineráloch a iných prírodných zdrojoch alebo sa môžu vyrobiť v laboratóriu. Príklady zahŕňajú oxidy uhlíka (CO a CO_dva), uhličitany (napr. CaCO₃), oxaláty (napr. BaC_dvaO₄), sírouhlík (napr. sírouhlík, CS_dva), zlúčeniny uhlík-dusík (napr. kyanovodík, HCN), halogenidy uhlíka a karborány.

Organokovové zlúčeniny

Organokovové zlúčeniny obsahujú aspoň jednu väzbu uhlík-kov. Príklady zahŕňajú tetraetylolovo, ferocén a Zeiseho soľ.

Uhlíkové zliatiny

Niekoľko zliatiny obsahujú uhlík vrátane ocele a liatiny. „Čisté“ kovy môžu byť tavené pomocou koksu, čo spôsobuje, že obsahujú aj uhlík. Príklady zahŕňajú hliník, chróm a zinok.

Názvy zlúčenín uhlíka

Niektoré triedy zlúčenín majú názvy, ktoré označujú ich zloženie:

Karbidy:Karbidy sú binárne zlúčeniny tvorené uhlíkom a ďalším prvkom s nižšou elektronegativitou. Príklady zahŕňajú Al₄C₃, CaC_dva, SiC, TiC, WC. Halogenidy uhlíka:Halogenidy uhlíka pozostávajú z uhlíka viazaného na halogén . Príklady zahŕňajú chlorid uhličitý (CCl₄) a tetrajodidom uhličitým (CI₄). Karborány:Karborány sú molekulárne zhluky, ktoré obsahujú uhlík aj atómy bóru . Príkladom je H_dvaC_dvaB₁₀H₁₀.

Vlastnosti zlúčenín uhlíka

Uhlíkové zlúčeniny majú určité spoločné vlastnosti:

1. Väčšina zlúčenín uhlíka má nízku reaktivitu pri bežnej teplote, ale môže prudko reagovať, keď sa použije teplo. Napríklad celulóza v dreve je stabilná pri izbovej teplote, no pri zahriatí horí.
2. V dôsledku toho sa organické zlúčeniny uhlíka považujú za horľavé a môžu sa použiť ako palivo. Príklady zahŕňajú decht, rastlinnú hmotu, zemný plyn, ropu a uhlie. Po spálení je zvyšok primárne elementárny uhlík.
3. Mnohé zlúčeniny uhlíka sú nepolárne a vykazujú nízku rozpustnosť vo vode. Z tohto dôvodu samotná voda na odstránenie oleja alebo mastnoty nestačí.
4. Zlúčeniny uhlíka a dusíka sú často dobrými výbušninami. Väzby medzi atómami môžu byť nestabilné a pri prerušení pravdepodobne uvoľnia značnú energiu.
5. Zlúčeniny obsahujúce uhlík a dusík majú typicky ako kvapaliny zreteľný a nepríjemný zápach. Pevná forma môže byť bez zápachu. Príkladom je nylon, ktorý vonia až do polymerizácie.

Použitie zlúčenín uhlíka

Použitie zlúčenín uhlíka je neobmedzené. Život, ako ho poznáme, sa spolieha na uhlík. Väčšina produktov obsahuje uhlík, vrátane plastov, zliatin a pigmentov. Palivá a potraviny sú založené na uhlíku.