Ogljikove spojine: kaj morate vedeti

Ogljikove spojine so kemične snovi, ki jih vsebujejo ogljikovi atomi vezan na kateri koli drug element. Ogljikovih spojin je več kot za kateri koli drug element razen vodika. Večina teh molekul je organskih ogljikovih spojin (npr. Benzen, saharoza), čeprav obstaja tudi veliko anorganskih ogljikovih spojin (npr. ogljikov dioksid). Ena pomembna značilnost ogljika je katenacija, to je sposobnost oblikovanja dolgih verig oz polimeri. Te verige so lahko linearne ali lahko tvorijo obroče.

Ogljik najpogosteje tvori kovalentne vezi z drugimi atomi. Ogljik tvori nepolarne kovalentne vezi, ko se veže na druge atome ogljika in polarne kovalentne vezi z nemetali in metaloidi. V nekaterih primerih ogljik tvori ionske vezi. Primer je vez med kalcijem in ogljikom v kalcijevem karbidu, CaC₂.

Ogljik je običajno tetravalenten (stanje oksidacije +4 ali -4). Vendar so znana druga oksidacijska stanja, vključno s +3, +2, +1, 0, -1, -2 in -3. Za ogljik je celo znano, da tvori šest vezi, kot v heksametilbenzenu.

Čeprav sta dva glavna načina za razvrstitev ogljikovih spojin med organske ali anorganske, obstaja toliko različnih spojin, da jih je mogoče nadalje razdeliti.

Alotropi so različne oblike elementa. Tehnično niso spojine, čeprav se strukture pogosto imenujejo s tem imenom. Med pomembne alotrope ogljika spadajo amorfni ogljik, diamant, grafit, grafen in fulereni. Znani so tudi drugi alotropi. Čeprav so alotropi vse oblike istega elementa, imajo med seboj zelo različne lastnosti.

Nekoč so bile organske spojine definirane kot katera koli ogljikova spojina, ki jo tvori izključno živ organizem. Zdaj je mogoče veliko teh spojin sintetizirati v laboratoriju ali pa jih je mogoče ločiti od organizmov, zato je bila definicija spremenjena (čeprav ni bilo dogovorjeno). Organska spojina mora vsebovati vsaj ogljik. Večina kemikov se strinja, da mora biti prisoten tudi vodik. Kljub temu je razvrščanje nekaterih spojin sporno. Glavni razredi organskih spojin vključujejo (vendar niso omejeni na) ogljikovi hidrati, lipidov, beljakovine, in nukleinska kislina. Primeri organskih spojin vključujejo benzen, toluen, saharozo in heptan.

Anorganske spojine lahko najdemo v mineralih in drugih naravnih virih ali pa so izdelane v laboratoriju. Primeri vključujejo ogljikove okside (CO in CO)₂), karbonati (npr. CaCO₃), oksalati (npr. BaC₂O₄), ogljikovi sulfidi (npr. ogljikov sulfid, CS₂), ogljikove dušikove spojine (npr. vodikov cianid, HCN), ogljikovi halogenidi in karborani.

Orgometalne spojine vsebujejo vsaj eno vez ogljik-kovina. Primeri vključujejo tetraetil svinca, ferocena in Zeiseove soli.

Več zlitine vsebujejo ogljik, vključno z jeklom in litim železom. "Čiste" kovine se lahko talijo s koksom, zaradi česar vsebujejo tudi ogljik. Primeri vključujejo aluminij, krom in cink.

Določeni razredi spojin imajo imena, ki označujejo njihovo sestavo:

• Karbid: Karbidi so binarne spojine, ki jih tvori ogljik in drug element z nižjo elektronegativnostjo. Primeri vključujejo Al₄C₃, CaC₂, SiC, TiC, WC.
• Ogljikovi halogenidi: Ogljikovi halogenidi so sestavljeni iz ogljika, vezanega na halogen. Primeri vključujejo ogljikov tetraklorid (CCl₄) in ogljikov tetraiodid (CI)₄).
• Karborani: Karborani so molekularni grozdi, ki vsebujejo tako ogljik kot atomi bora. Primer je H₂C₂B₁₀H₁₀.

Ogljikove spojine imajo nekatere skupne značilnosti:

1. Večina ogljikovih spojin ima nizko reaktivnost pri navadni temperaturi, vendar lahko ob dovajanju toplote burno reagira. Na primer, celuloza v lesu je stabilna pri sobni temperaturi, vendar segreva, ko se segreje.
2. Posledično se organske ogljikove spojine štejejo za vnetljive in se lahko uporabljajo kot goriva. Primeri vključujejo katran, rastlinske snovi, zemeljski plin, olje in premog. Po zgorevanju je ostanek predvsem elementarni ogljik.
3. Mnoge ogljikove spojine so nepolarne in imajo nizko topnost v vodi. Zaradi tega samo voda ne zadostuje za odstranjevanje olja ali maščobe.
4. Spojine ogljika in dušika pogosto naredijo dobro eksplozivnost. Vezi med atomi so lahko nestabilne in lahko pri razpadu sprostijo veliko energije.
5. Spojine, ki vsebujejo ogljik in dušik, imajo običajno značilen in neprijeten vonj kot tekočine. Trdna oblika je lahko brez vonja. Primer je najlon, ki diši, dokler ne polimerizira.

Uporaba ogljikovih spojin je neomejena. Življenje, kot ga poznamo, temelji na ogljiku. Večina izdelkov vsebuje ogljik, vključno s plastiko, zlitinami in pigmenti. Goriva in hrana temeljijo na ogljiku.