Въглеродни съединения: какво трябва да знаете

Въглеродните съединения са химични вещества, които съдържат въглеродни атоми свързан към всеки друг елемент. Има повече въглеродни съединения, отколкото за всеки друг елемент с изключение на водорода. По-голямата част от тези молекули са органични въглеродни съединения (например бензол, захароза), въпреки че съществуват и голям брой неорганични въглеродни съединения (напр. въглероден двуокис). Една важна характеристика на въглерода е катенацията, която е способността да се образуват дълги вериги или полимери. Тези вериги могат да бъдат линейни или да образуват пръстени.

въглероден най-често образува ковалентни връзки с други атоми. Въглеродът образува неполярни ковалентни връзки, когато се свързва с други въглеродни атоми и полярни ковалентни връзки с неметали и металоиди. В някои случаи въглеродът образува йонни връзки. Пример е връзка между калций и въглерод в калциев карбид, CaC₂.

Въглеродът обикновено е четиривалентно (състояние на окисление от +4 или -4). Известни са обаче и други окислителни състояния, включително +3, +2, +1, 0, -1, -2 и -3. Известно е дори, че въглеродът образува шест връзки, както в хексаметилбензола.

Въпреки че двата основни начина за класифициране на въглеродните съединения са като органични или неорганични, има толкова много различни съединения, че те могат да бъдат допълнително разделени.

Алотропите са различни форми на елемент. Технически те не са съединения, въпреки че структурите често се наричат ​​с това име. Важните алотропи на въглерода включват аморфен въглерод, диамант, графит, графен и фулерени. Известни са и други алотропи. Въпреки че алотропите са всички форми на един и същи елемент, те имат значително различни свойства един от друг.

Някога органичните съединения се определят като всяко въглеродно съединение, образувано изключително от жив организъм. Сега много от тези съединения могат да бъдат синтезирани в лаборатория или да бъдат открити отделно от организмите, така че определението е преразгледано (макар и да не е договорено). Органичното съединение трябва да съдържа най-малко въглерод. Повечето химици са съгласни, че водородът също трябва да присъства. Въпреки това класификацията на някои съединения е оспорвана. Основните класове органични съединения включват (но не се ограничават до) въглехидрати, липиди, протеини, и нуклеинова киселина. Примерите за органични съединения включват бензен, толуен, захароза и хептан.

Неорганичните съединения могат да бъдат намерени в минерали и други природни източници или могат да бъдат получени в лабораторията. Примерите включват въглеродни оксиди (CO и CO₂), карбонати (например CaCO₃), оксалати (например, BaC₂О₄), въглеродни сулфиди (например въглероден дисулфид, CS₂), въглерод-азотни съединения (например, циановодород, HCN), въглеродни халиди и карборани.

Органометалните съединения съдържат най-малко една връзка въглерод-метал. Примерите включват тетраетил олово, фероцен и зезенова сол.

няколко сплавите съдържат въглерод, включително стомана и чугун. "Чистите" метали могат да бъдат топени с помощта на кокс, което кара те също да съдържат въглерод. Примерите включват алуминий, хром и цинк.

Някои класове съединения имат имена, които показват техния състав:

• карбиди: Карбидите са двоични съединения, образувани от въглерод и друг елемент с по-ниска електроотрицателност. Примерите включват Al₄° С₃, CaC₂, SiC, TiC, WC.
• Въглеродни халиди: Въглеродните халиди се състоят от въглерод, свързан към халоген. Примерите включват тетрахлорид на въглерода (CCl₄) и въглероден тетрайодид (CI)₄).
• Carboranes: Карбораните са молекулярни клъстери, които съдържат и въглерод, и борни атоми. Пример е Н₂° С₂B₁₀Н₁₀.

Въглеродните съединения имат някои общи характеристики:

1. Повечето въглеродни съединения имат ниска реактивност при обикновена температура, но могат да реагират енергично, когато се прилага топлина. Например целулозата в дърво е стабилна при стайна температура, но все пак изгаря при нагряване.
2. В резултат на това съединенията на органичния въглерод се считат за горими и могат да бъдат използвани като горива. Примерите включват катран, растителна материя, природен газ, нефт и въглища. След изгарянето остатъкът е основно елементарен въглерод.
3. Много въглеродни съединения са неполярни и проявяват ниска разтворимост във вода. Поради тази причина само водата не е достатъчна за отстраняване на масло или грес.
4. Съединенията на въглерод и азот често правят добри експлозиви. Връзките между атомите може да са нестабилни и вероятно да отделят значителна енергия при разрушаване.
5. Съединенията, съдържащи въглерод и азот, обикновено имат отчетлива и неприятна миризма като течности. Твърдата форма може да е без мирис. Пример е найлонът, който мирише, докато не се полимеризира.

Употребата на въглеродни съединения е безгранична. Животът, както го познаваме, разчита на въглерода. Повечето продукти съдържат въглерод, включително пластмаса, сплави и пигменти. Горивата и храните са базирани на въглерод.