Spojevi ugljika: što biste trebali znati

Ugljični spojevi su kemijske tvari koje sadrže atomi ugljika vezan za bilo koji drugi element. Postoji više ugljikovih spojeva nego u bilo kojem drugom elementu osim vodika. Većina tih molekula su organski spojevi ugljika (npr. Benzen, saharoza), iako postoji i veliki broj anorganskih ugljikovih spojeva (npr. ugljični dioksid). Jedna važna karakteristika ugljika je katenacija, a to je sposobnost stvaranja dugih lanaca ili polimeri. Ti lanci mogu biti linearni ili mogu tvoriti prstenove.

ugljen najčešće formira kovalentne veze s drugim atomima. Ugljik formira nepolarne kovalentne veze kad se veže za druge atome ugljika i polarne kovalentne veze s nemetalima i metaloidima. U nekim slučajevima ugljik formira ionske veze. Primjer je veza kalcija i ugljika u kalcijevom karbidu, CaC₂.

Ugljik je obično tetravalentan (oksidacijsko stanje +4 ili -4). Međutim, poznata su druga oksidacijska stanja, uključujući +3, +2, +1, 0, -1, -2 i -3. Čak se znalo da i za ugljik formira šest veza, kao u heksametilbenzenu.

Iako su dva glavna načina za razvrstavanje ugljikovih spojeva u organske ili anorganske, postoji toliko različitih spojeva da ih je moguće dalje podijeliti.

Alotropi su različiti oblici elementa. Tehnički nisu spojevi, iako se strukture često nazivaju tim imenom. Važni alotropi ugljika uključuju amorfni ugljik, dijamant, grafit, grafen i fulereni. Poznati su i drugi alotropi. Iako su alotropi svi oblici istog elementa, oni imaju međusobno znatno različita svojstva.

Organski spojevi nekoć su bili definirani kao bilo koji ugljični spoj formiran isključivo od živog organizma. Sada se mnogi od ovih spojeva mogu sintetizirati u laboratoriju ili se mogu razlikovati od organizama, pa je definicija revidirana (iako nije dogovoreno). Organski spoj mora sadržavati najmanje ugljika. Većina kemičara slaže se da mora biti prisutan i vodik. Uprkos tome, klasifikacija nekih spojeva je sporna. Glavne klase organskih spojeva uključuju (ali nisu ograničene na njih) ugljikohidrati, lipidi, proteini, i nukleinske kiseline. Primjeri organskih spojeva uključuju benzen, toluen, saharozu i heptan.

Anorganski spojevi mogu se naći u mineralima i drugim prirodnim izvorima ili mogu biti proizvedeni u laboratoriju. Primjeri uključuju ugljikove okside (CO i CO)₂), karbonati (npr. CaCO₃), oksalati (npr. BaC₂O₄), ugljični sulfidi (npr. ugljikov sulfid, CS₂), ugljiko-dušični spojevi (npr. cijanovodik, HCN), ugljikovi halogenidi i karborani.

Organometalni spojevi sadrže najmanje jednu vezu ugljik-metal. Primjeri uključuju tetraetil olovo, ferocen i Zeiseovu sol.

Nekoliko legure sadrže ugljik, uključujući čelik i lijevano željezo. "Čisti" metali mogu se topiti koksom, zbog čega sadrže i ugljik. Primjeri uključuju aluminij, krom i cink.

Određene klase spojeva imaju nazive koji označavaju njihov sastav:

• karbidi: Karbidi su binarni spojevi formirani ugljikom i drugim elementom s nižom elektronegativnošću. Primjeri uključuju Al₄C₃, CaC₂, SiC, TiC, WC.
• Ugljični halogenidi: Ugljikovodikovi se sastoje od ugljika vezanog na halogen. Primjeri uključuju tetraklorid ugljik (CCl)₄) i tetraiodid ugljika (CI)₄).
• Carboranes: Karborani su molekularni klasteri koji sadrže i ugljik i atomi bora. Primjer je H₂C₂B₁₀H₁₀.

Ugljični spojevi imaju određene zajedničke karakteristike:

1. Većina ugljikovih spojeva ima malu reaktivnost pri uobičajenoj temperaturi, ali mogu snažno reagirati kada se primijeni toplina. Na primjer, celuloza u drvu je stabilna na sobnoj temperaturi, a gori pri zagrijavanju.
2. Kao posljedica toga, spojevi organskog ugljika smatraju se zapaljivim i mogu se koristiti kao goriva. Primjeri uključuju katran, biljnu tvar, prirodni plin, ulje i ugljen. Nakon izgaranja ostatak je prije svega elementarni ugljik.
3. Mnogi spojevi ugljika su nepolarni i pokazuju nisku topivost u vodi. Iz tog razloga, sama voda nije dovoljna za uklanjanje ulja ili masti.
4. Spojevi ugljika i dušika često čine dobar eksploziv. Veze među atomima mogu biti nestabilne i vjerojatno puštaju znatnu energiju kada se prekinu.
5. Spojevi koji sadrže ugljik i dušik obično imaju izrazit i neugodan miris kao tekućina. Čvrsti oblik može biti bez mirisa. Primjer je najlon, koji miriše dok se ne polimerizira.

Uporaba ugljikovih spojeva je neograničena. Život kakav znamo kako se oslanja na ugljik. Većina proizvoda sadrži ugljik, uključujući plastiku, legure i pigmente. Goriva i hrana zasnivaju se na ugljiku.