Uhlíkové sloučeniny: Co byste měli vědět

Uhlíkové sloučeniny jsou chemické látky, které obsahují atomy uhlíku spojený s jakýmkoli jiným prvkem. Existuje více sloučenin uhlíku než u kteréhokoli jiného prvku kromě vodíku. Většina těchto molekul jsou organické sloučeniny uhlíku (např. Benzen, sacharóza), ačkoli existuje také velké množství anorganických sloučenin uhlíku (např. oxid uhličitý). Jednou z důležitých charakteristik uhlíku je kastrace, což je schopnost tvořit dlouhé řetězce nebo polymery. Tyto řetězce mohou být lineární nebo mohou tvořit kruhy.

Uhlík nejčastěji tvoří kovalentní vazby s jinými atomy. Uhlík tvoří nepolární kovalentní vazby, když se váže na jiné atomy uhlíku a polární kovalentní vazby s nekovy a metaloidy. V některých případech uhlík vytváří iontové vazby. Příkladem je vazba mezi vápníkem a uhlíkem v karbidu vápníku, CaC₂.

Uhlík je obvykle čtyřmocný (oxidační stav +4 nebo -4). Jsou však známy i další oxidační stavy, včetně +3, +2, +1, 0, -1, -2 a -3. O uhlíku bylo dokonce známo, že tvoří šest vazeb, jako v hexamethylbenzenu.

Ačkoli dva hlavní způsoby klasifikace sloučenin uhlíku jsou organické nebo anorganické, existuje tolik různých sloučenin, že je lze dále rozdělit.

Allotropy jsou různé formy prvku. Technicky to nejsou sloučeniny, ačkoli struktury jsou často nazývány tímto jménem. Mezi důležité allotropy uhlíku patří amorfní uhlík, diamant, grafit, grafen a fullereny. Jiné allotropy jsou známy. Přestože jsou alotypy všechny formy stejného prvku, mají od sebe navzájem velmi odlišné vlastnosti.

Organické sloučeniny byly kdysi definovány jako jakákoli uhlíková sloučenina tvořená výhradně živým organismem. Nyní může být mnoho z těchto sloučenin syntetizováno v laboratoři nebo bylo zjištěno, že se liší od organismů, takže definice byla revidována (i když není dohodnuto). Organická sloučenina musí obsahovat alespoň uhlík. Většina chemiků souhlasí s tím, že musí být přítomen také vodík. Přesto je klasifikace některých sloučenin sporná. Mezi hlavní třídy organických sloučenin patří (ale nejsou na ně omezeny) uhlohydráty, lipidy, proteiny, a nukleové kyseliny. Příklady organických sloučenin zahrnují benzen, toluen, sacharózu a heptan.

Anorganické sloučeniny se mohou vyskytovat v minerálech a jiných přírodních zdrojích nebo se mohou vyrábět v laboratoři. Příklady zahrnují oxidy uhlíku (CO a CO₂), uhličitany (např. CaCO₃), oxaláty (např. BaC₂Ó₄), sulfidy uhlíku (např. disulfid uhlíku, CS₂), sloučeniny uhlík-dusík (např. kyanovodík, HCN), halogenidy uhlíku a karborany.

Organokovové sloučeniny obsahují alespoň jednu vazbu uhlík-kov. Příklady zahrnují tetraethyl olovo, ferrocen a Zeiseovu sůl.

Několik slitiny obsahují uhlík, včetně oceli a litiny. „Čisté“ kovy mohou být taveny pomocí koksu, což způsobuje, že obsahují také uhlík. Příklady zahrnují hliník, chrom a zinek.

Některé třídy sloučenin mají názvy, které označují jejich složení:

• Karbidy: Karbidy jsou binární sloučeniny tvořené uhlíkem a dalším prvkem s nižší elektronegativitou. Příklady zahrnují Al₄C₃, CaC₂, SiC, TiC, WC.
• Halogenidy uhlíku: Halogenidy uhlíku se skládají z uhlíku vázaného na halogen. Příklady zahrnují chlorid uhličitý (CCl₄) a tetrachlormethan (CI₄).
• Karborany: Karborany jsou molekulární klastry, které obsahují jak uhlík, tak uhlík atomy boru. Příkladem je H.₂C₂B₁₀H₁₀.

Sloučeniny uhlíku mají určité společné vlastnosti:

1. Většina sloučenin uhlíku má nízkou běžnou reaktivitu při běžné teplotě, ale při aplikaci tepla mohou prudce reagovat. Například celulóza ve dřevě je stabilní při pokojové teplotě, ale při zahřívání hoří.
2. V důsledku toho se organické sloučeniny uhlíku považují za hořlavé látky a mohou být použity jako paliva. Příklady zahrnují dehet, rostlinnou hmotu, zemní plyn, ropu a uhlí. Po spalování je zbytkem především elementární uhlík.
3. Mnoho sloučenin uhlíku je nepolárních a vykazuje nízkou rozpustnost ve vodě. Z tohoto důvodu nestačí samotná voda k odstranění oleje nebo tuku.
4. Sloučeniny uhlíku a dusíku často vytvářejí dobré výbušniny. Vazby mezi atomy mohou být nestabilní a pravděpodobně při uvolnění uvolní značnou energii.
5. Sloučeniny obsahující uhlík a dusík mají obvykle zřetelný a nepříjemný zápach jako kapaliny. Pevná forma může být bez zápachu. Příkladem je nylon, který voní, dokud polymeruje.

Použití sloučenin uhlíku je neomezené. Život, jak víme, závisí na uhlíku. Většina produktů obsahuje uhlík, včetně plastů, slitin a pigmentů. Paliva a potraviny jsou založeny na uhlíku.