Углеродные соединения: что нужно знать

Углеродные соединения - это химические вещества, которые содержат атомы углерода связан с любым другим элементом. Существует больше соединений углерода, чем для любого другого элемента кроме водорода. Большинство этих молекул представляют собой органические углеродные соединения (например, бензол, сахароза), хотя также существует большое количество неорганических углеродных соединений (например, углекислый газ). Одной из важных характеристик углерода является катенация, то есть способность образовывать длинные цепи или полимеры. Эти цепочки могут быть линейными или могут образовывать кольца.

углерод чаще всего образует ковалентные связи с другими атомами. Углерод образует неполярные ковалентные связи, когда он связывается с другими атомами углерода и полярными ковалентными связями с неметаллами и металлоидами. В некоторых случаях углерод образует ионные связи. Примером является связь между кальцием и углеродом в карбиде кальция, CaC₂.

Углерод обычно четырехвалентный (степень окисления +4 или -4). Однако известны другие степени окисления, включая +3, +2, +1, 0, -1, -2 и -3. Известно, что углерод даже образует шесть связей, как в гексаметилбензоле.

Хотя два основных способа классификации углеродных соединений являются органическими или неорганическими, существует так много различных соединений, что их можно подразделить далее.

Аллотропы - это разные формы элемента. Технически они не являются составными, хотя структуры часто называют этим именем. Важные аллотропы углерода включают аморфный углерод, бриллиант, графит, графен и фуллерены. Другие аллотропы известны. Несмотря на то, что все аллотропы являются формами одного и того же элемента, они имеют совершенно разные свойства друг от друга.

Органические соединения когда-то определялись как любое соединение углерода, образованное исключительно живым организмом. Теперь многие из этих соединений могут быть синтезированы в лаборатории или были обнаружены отдельно от организмов, поэтому определение было пересмотрено (хотя и не согласовано). Органическое соединение должно содержать как минимум углерод. Большинство химиков согласны, что водород также должен присутствовать. Тем не менее, классификация некоторых соединений оспаривается. Основные классы органических соединений включают (но не ограничиваются ими) углеводы, липиды, белки, и нуклеиновых кислот. Примеры органических соединений включают бензол, толуол, сахарозу и гептан.

Неорганические соединения могут быть найдены в минералах и других природных источниках или могут быть сделаны в лаборатории. Примеры включают оксиды углерода (СО и СО₂), карбонаты (например, СаСО₃), оксалаты (например, BaC)₂О₄), сульфиды углерода (например, сероуглерод, CS)₂), углерод-азотные соединения (например, цианистый водород, HCN), галогениды углерода и карбораны.

Металлоорганические соединения содержат по меньшей мере одну связь углерод-металл. Примеры включают тетраэтилсвинец, ферроцен и соль Цейза.

Несколько сплавы содержат углеродВ том числе сталь и чугун. «Чистые» металлы могут быть расплавлены с использованием кокса, в результате чего они также содержат углерод. Примеры включают алюминий, хром и цинк.

Определенные классы соединений имеют названия, которые указывают на их состав:

• Карбиды: Карбиды - это бинарные соединения, образованные углеродом и другим элементом с более низкой электроотрицательностью. Примеры включают Al₄С₃, CaC₂, SiC, TiC, WC.
• Углеводороды: Галогениды углерода состоят из углерода, связанного с галоген. Примеры включают четыреххлористый углерод (CCl₄) и тетрайодид углерода (CI₄).
• карбораны: Карбораны представляют собой молекулярные кластеры, которые содержат как углерод, так и атомы бора. Примером является H₂С₂В₁₀ЧАС₁₀.

Соединения углерода имеют некоторые общие характеристики:

1. Большинство соединений углерода имеют низкую реакционную способность при обычной температуре, но могут активно реагировать при нагревании. Например, целлюлоза в древесине стабильна при комнатной температуре, но горит при нагревании.
2. Как следствие, органические углеродные соединения считаются горючими и могут использоваться в качестве топлива. Примеры включают гудрон, растительные вещества, природный газ, нефть и уголь. После сгорания остаток состоит в основном из элементарного углерода.
3. Многие соединения углерода являются неполярными и проявляют низкую растворимость в воде. По этой причине одной воды недостаточно для удаления масла или смазки.
4. Соединения углерода и азота часто становятся хорошими взрывчатыми веществами. Связи между атомами могут быть нестабильными и при разрушении могут выделять значительную энергию.
5. Соединения, содержащие углерод и азот, обычно имеют отчетливый и неприятный запах, как жидкости. Твердая форма может быть без запаха. Примером является нейлон, который пахнет, пока не полимеризуется.

Использование соединений углерода безгранично. Жизнь, как мы знаем, зависит от углерода. Большинство продуктов содержат углерод, включая пластмассы, сплавы и пигменты. Топливо и продукты на основе углерода.