Co powinieneś wiedzieć o związkach węgla

Jest więcej związków węgla niż w przypadku jakiegokolwiek innego pierwiastka z wyjątkiem wodoru. Projekt Laguna / Getty Images

Związki węgla to substancje chemiczne, które zawierają atomy węgla połączona z dowolnym innym elementem. Jest więcej związków węgla niż w przypadku jakiegokolwiek innego pierwiastka z wyjątkiem wodoru . Większość tych cząsteczek to organiczne związki węgla (np. benzen, sacharoza), chociaż istnieje również duża liczba nieorganicznych związków węgla (np. dwutlenek węgla ). Ważną cechą węgla jest katenacja, czyli zdolność do tworzenia długich łańcuchów lub polimery . Łańcuchy te mogą być liniowe lub mogą tworzyć pierścienie.

Rodzaje wiązań chemicznych tworzonych przez węgiel

Węgiel najczęściej tworzy wiązania kowalencyjne z innymi atomami. Węgiel tworzy niepolarne wiązania kowalencyjne, gdy łączy się z innymi atomami węgla oraz polarne wiązania kowalencyjne z niemetalami i metaloidami. W niektórych przypadkach węgiel tworzy wiązania jonowe. Przykładem jest wiązanie między wapniem a węglem w węgliku wapnia, CaC_dwa.

Węgiel jest zwykle czterowartościowy (stan utlenienia +4 lub -4). Znane są jednak inne stopnie utlenienia, w tym +3, +2, +1, 0, -1, -2 i -3. Wiadomo nawet, że węgiel tworzy sześć wiązań, jak w heksametylobenzenie.

Chociaż dwa główne sposoby klasyfikacji związków węgla to organiczne lub nieorganiczne, istnieje tak wiele różnych związków, że można je dalej dzielić.

Alotropy węgla

Alotropy to różne formy pierwiastka. Technicznie nie są to związki, chociaż struktury są często nazywane tą nazwą. Ważne alotropy węgla obejmują węgiel amorficzny, diament , grafit, grafen i fulereny. Znane są inne alotropy. Mimo że wszystkie alotropy są formami tego samego pierwiastka, mają od siebie bardzo różne właściwości.

Związki organiczne

Związki organiczne były kiedyś definiowane jako dowolny związek węgla utworzony wyłącznie przez żywy organizm. Obecnie wiele z tych związków można zsyntetyzować w laboratorium lub można je znaleźć jako odrębne od organizmów, więc definicja została zrewidowana (choć nie uzgodniona). Związek organiczny musi zawierać co najmniej węgiel. Większość chemików zgadza się, że wodór również musi być obecny. Mimo to klasyfikacja niektórych związków jest kwestionowana. Główne klasy związków organicznych obejmują (ale nie ograniczają się do) węglowodany , lipidy , białka , oraz kwasy nukleinowe . Przykłady związków organicznych obejmują benzen, toluen, sacharozę i heptan.

Związki nieorganiczne

Związki nieorganiczne można znaleźć w minerałach i innych źródłach naturalnych lub można je wytworzyć w laboratorium. Przykłady obejmują tlenki węgla (CO i CO_dwa), węglany (np. CaCO₃), szczawiany (np. BaC_dwaO₄), siarczki węgla (np. dwusiarczek węgla, CS_dwa), związki węgiel-azot (np. cyjanowodór, HCN), halogenki węgla i karborany.

Związki metaloorganiczne

Związki metaloorganiczne zawierają co najmniej jedno wiązanie węgiel-metal. Przykłady obejmują tetraetyloołów, ferrocen i sól Zeise'a.

Stopy węgla

Kilka stopy zawierają węgiel , w tym stali i żeliwa. „Czyste” metale mogą być wytapiane przy użyciu koksu, co powoduje, że zawierają one również węgiel. Przykłady obejmują aluminium, chrom i cynk.

Nazwy związków węgla

Niektóre klasy związków mają nazwy wskazujące na ich skład:

Węgliki:Węgliki to związki dwuskładnikowe utworzone przez węgiel i inny pierwiastek o niższej elektroujemności. Przykłady obejmują Al₄C₃, CaC_dwa, SiC, TiC, WC. Halogenki węgla:Halogenki węgla składają się z węgla związanego z halogen . Przykłady obejmują czterochlorek węgla (CCl₄) i czterojodek węgla (CI₄). Węglowodory:Węglowodory to skupiska molekularne, które zawierają zarówno węgiel, jak i atomy boru . Przykładem jest H_dwaC_dwaB₁₀H₁₀.

Właściwości związków węgla

Związki węgla mają pewne wspólne cechy:

1. Większość związków węgla ma niską reaktywność w zwykłej temperaturze, ale może reagować energicznie po przyłożeniu ciepła. Na przykład celuloza w drewnie jest stabilna w temperaturze pokojowej, ale pali się po podgrzaniu.
2. W konsekwencji organiczne związki węgla są uważane za palne i mogą być wykorzystywane jako paliwa. Przykłady obejmują smołę, materię roślinną, gaz ziemny, olej i węgiel. Pozostałość po spaleniu to przede wszystkim węgiel pierwiastkowy.
3. Wiele związków węgla jest niepolarnych i wykazuje niską rozpuszczalność w wodzie. Z tego powodu sama woda nie wystarcza do usunięcia oleju lub smaru.
4. Związki węgla i azotu często są dobrymi materiałami wybuchowymi. Wiązania między atomami mogą być niestabilne i prawdopodobnie uwolnią znaczną energię po zerwaniu.
5. Związki zawierające węgiel i azot zazwyczaj mają wyraźny i nieprzyjemny zapach cieczy. Postać stała może być bezwonna. Przykładem jest nylon, który pachnie aż do polimeryzacji.

Zastosowania związków węgla

Zastosowania związków węgla są nieograniczone. Życie, jakie znamy, opiera się na węglu. Większość produktów zawiera węgiel, w tym tworzywa sztuczne, stopy i pigmenty. Paliwa i żywność są oparte na węglu.