Једињења угљеника: шта бисте требали знати

Једињења угљеника су хемијске супстанце које садрже атоми угљеника везан за било који други елемент. Постоји више једињења угљеника него у било којем другом елементу осим водоника. Већина ових молекула су једињења органског угљеника (нпр. Бензен, сахароза), мада постоји и велики број неорганских једињења угљеника (нпр. угљен диоксид). Једна важна карактеристика угљеника је катенација, а то је способност да формира дуге ланце или полимери. Ови ланци могу бити линеарни или могу формирати прстенове.

Царбон најчешће формира ковалентне везе са другим атомима. Угљен формира неполарне ковалентне везе када се веже за друге атоме угљеника и поларне ковалентне везе са неметалима и металоидима. У неким случајевима, угљеник формира јонске везе. Пример је веза калцијума и угљеника у калцијум-карбиду, ЦаЦ₂.

Угљен је обично тетравалентан (оксидационо стање +4 или -4). Међутим, позната су друга оксидациона стања, укључујући +3, +2, +1, 0, -1, -2 и -3. Чак се знало да и за угљеник ствара шест веза, као у хексаметилбензену.

Иако су два главна начина класификације угљених једињења органска или анорганска, постоји толико различитих једињења да их је могуће даље поделити.

Алотропи су различити облици елемента. Технички они нису једињења, мада се структуре често називају тим именом. Важни алотропи угљеника укључују аморфни угљеник, дијамант, графит, графен и фулерени. Други алотропи су познати. Иако су алотропи сви облици истог елемента, они имају знатно другачија својства једни од других.

Органска једињења су некада била дефинисана као било које једињење угљеника формирано искључиво од живог организма. Сада се многа од ових једињења могу синтетизовати у лабораторији или су откривена различита од организама, па је дефиниција ревидирана (иако није договорено). Органско једињење мора да садржи најмање угљеника. Већина хемичара се слаже да мора бити присутан и водоник. Упркос томе, класификација неких једињења је оспоравана. Главне класе органских једињења укључују (али нису ограничене на њих) Угљени хидрати, липиди, протеина, и нуклеинске киселине. Примери органских једињења укључују бензен, толуен, сахарозу и хептан.

Неорганска једињења могу се наћи у минералима и другим природним изворима или могу бити произведена у лабораторији. Примери укључују угљене оксиде (ЦО и ЦО)₂), карбонати (нпр. ЦаЦО₃), оксалати (нпр. БаЦ₂О₄), угљени сулфиди (нпр. угљен-сулфид, ЦС₂), једињења угљеног азота (нпр. водоник цијанид, ХЦН), халогениди угљеника и карборани.

Оргометална једињења садрже најмање једну везу угљеник-метал. Примери укључују тетраетил олово, фероцен и Зеисеову со.

Неколико легуре садрже угљеник, укључујући челик и ливено гвожђе. "Чисти" метали се могу топити помоћу кокса, због чега такође садрже угљеник. Примери укључују алуминијум, хром и цинк.

Одређене класе једињења имају имена која означавају њихов састав:

• Карбиди: Карбиди су бинарна једињења која су формирана од угљеника и другог елемента са нижом електронегативношћу. Примери укључују Ал₄Ц₃, ЦаЦ₂, СиЦ, ТиЦ, ВЦ.
• Карбонски халогениди: Угљикови халогениди се састоје од угљеника везаног на халоген. Примери укључују тетраклорид угљеника (ЦЦл)₄) и тетраиодид угљеника (ЦИ)₄).
• Царборанес: Карборани су молекуларни кластери који садрже и угљеник и атоми бора. Пример је Х₂Ц₂Б₁₀Х₁₀.

Једињења угљеника имају неке заједничке карактеристике:

1. Већина једињења угљеника има ниску реактивност на обичној температури, али може снажно реаговати када се примени топлота. На пример, целулоза у дрвету је стабилна на собној температури, а гори при загревању.
2. Као последица тога, једињења органског угљеника сматрају се запаљивим и могу се користити као гориво. Примери укључују катран, биљну материју, природни гас, уље и угаљ. Након сагоревања, остатак је пре свега елементарни угљен.
3. Многа једињења угљеника су неполарна и показују ниску растворљивост у води. Из тог разлога, сама вода није довољна за уклањање уља или масти.
4. Једињења угљеника и азота често чине добар експлозив. Везе између атома могу бити нестабилне и вероватно ће пустити значајну енергију када се прекину.
5. Једињења која садрже угљен и азот обично имају изразит и непријатан мирис као течност. Чврсти облик може бити без мириса. Пример је најлон, који мирише док се не полимеризира.

Употреба угљених једињења је неограничена. Живот као што знамо ослања се на угљеник. Већина производа садржи угљеник, укључујући пластику, легуре и пигменте. Горива и храна заснивају се на угљенику.