Uhlíkové zlúčeniny: Čo by ste mali vedieť

Uhlíkové zlúčeniny sú chemické látky, ktoré obsahujú atómy uhlíka spojený s akýmkoľvek iným prvkom. Existuje viac zlúčenín uhlíka ako pre akýkoľvek iný prvok okrem vodíka. Väčšina týchto molekúl sú organické zlúčeniny uhlíka (napr. Benzén, sacharóza), aj keď existuje tiež veľké množstvo anorganických zlúčenín uhlíka (napr. oxid uhličitý). Jednou z dôležitých charakteristík uhlíka je kastrácia, čo je schopnosť tvoriť dlhé reťazce alebo polyméry. Tieto reťazce môžu byť lineárne alebo môžu tvoriť kruhy.

uhlík najčastejšie tvoria kovalentné väzby s inými atómami. Uhlík tvorí 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, CaC₂.

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

Aj keď dva hlavné spôsoby klasifikácie zlúčenín uhlíka sú organické alebo anorganické, existuje toľko rôznych zlúčenín, že sa dajú ďalej rozdeliť.

Allotropes sú rôzne formy prvku. Technicky nejde o zlúčeniny, hoci štruktúry sa často nazývajú týmto menom. Medzi dôležité allotropy uhlíka patrí amorfný uhlík, diamant, grafit, grafén a fullerény. Sú známe ďalšie allotropy. Aj keď alotrópy sú všetky formy toho istého prvku, majú navzájom veľmi odlišné vlastnosti.

Organické zlúčeniny boli raz definované ako akákoľvek zlúčenina uhlíka tvorená výlučne živým organizmom. Teraz sa mnohé z týchto zlúčenín môžu syntetizovať v laboratóriu alebo sa zistilo, že sú odlišné od organizmov, takže definícia bola revidovaná (aj keď nie je dohodnuté). Organická zlúčenina musí obsahovať najmenej uhlík. Väčšina chemikov súhlasí s tým, že musí byť prítomný aj vodík. Napriek tomu je klasifikácia niektorých zlúčenín sporná. Medzi hlavné triedy organických zlúčenín patria (ale nielen) sacharidy, lipidy, proteínya nukleové kyseliny. Príklady organických zlúčenín zahŕňajú benzén, toluén, sacharózu a heptán.

Anorganické zlúčeniny sa nachádzajú v mineráloch a iných prírodných zdrojoch alebo sa môžu vyrábať v laboratóriu. Príklady zahŕňajú oxidy uhlíka (CO a CO₂), uhličitany (napr. CaCO₃), oxaláty (napr. BaC₂O₄), sulfidy uhlíka (napr. sírouhlík, CS₂), zlúčeniny uhlík-dusík (napr. kyanid vodíka, HCN), halogenidy uhlíka a karborány.

Organokovové zlúčeniny obsahujú najmenej jednu väzbu uhlík-kov. Ako príklady je možné uviesť tetraetyl-olovo, ferocén a Zeiseovu soľ.

Niekoľko zliatiny obsahujú uhlíkvrátane ocele a liatiny. „Čisté“ kovy sa môžu taviť pomocou koksu, ktorý spôsobuje, že obsahujú aj uhlík. Príklady zahŕňajú hliník, chróm a zinok.

Niektoré triedy zlúčenín majú názvy, ktoré naznačujú ich zloženie:

• karbidy: Karbidy sú binárne zlúčeniny tvorené uhlíkom a ďalším prvkom s nižšou elektronegativitou. Príklady zahŕňajú Al₄C₃, CaC₂, SiC, TiC, WC.
• Halogenidy uhlíka: Halogenidy uhlíka pozostávajú z uhlíka viazaného na halogén. Príklady zahŕňajú chlorid uhličitý (CCl₄) a tetrahydrid uhličitý (CI₄).
• karborány: Karborány sú molekulárne zoskupenia, ktoré obsahujú uhlík aj atómy bóru. Príkladom je H₂C₂B₁₀H₁₀.

Zlúčeniny uhlíka majú určité spoločné vlastnosti:

1. Väčšina zlúčenín uhlíka má nízku reaktivitu pri normálnej teplote, ale môžu pri pôsobení tepla rázne reagovať. Napríklad celulóza v dreve je stabilná pri izbovej teplote, ale horí pri zahrievaní.
2. V dôsledku toho sa organické zlúčeniny uhlíka považujú za horľavé a môžu sa používať ako palivo. Medzi príklady patrí decht, rastlinná hmota, zemný plyn, ropa a uhlie. Po spálení je zvyškom primárne elementárny uhlík.
3. Mnoho zlúčenín uhlíka je nepolárnych a vykazuje nízku rozpustnosť vo vode. Z tohto dôvodu nestačí samotná voda na odstránenie oleja alebo mastnoty.
4. Zlúčeniny uhlíka a dusíka často vytvárajú dobré výbušniny. Väzby medzi atómami môžu byť nestabilné a pravdepodobne po uvoľnení uvoľnia značnú energiu.
5. Zlúčeniny obsahujúce uhlík a dusík majú zvyčajne ako tekutiny zreteľný a nepríjemný zápach. Tuhá forma môže byť bez zápachu. Príkladom je nylon, ktorý voní, kým polymerizuje.

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