Ενώσεις άνθρακα και Παραδείγματα

Ενώσεις άνθρακα είναι χημικές ενώσεις που περιέχουν το στοιχείο άνθρακας. Υπάρχουν περισσότερες ενώσεις άνθρακα από ενώσεις οποιουδήποτε άλλου στοιχείου εκτός από το υδρογόνο. Οι περισσότερες από αυτές είναι οργανικές ενώσεις, αλλά υπάρχουν και ανόργανες ενώσεις άνθρακα. Ακολουθεί μια ματιά σε παραδείγματα ενώσεων άνθρακα, τον τύπο των χημικών δεσμών που περιέχουν και τον τρόπο ταξινόμησης των ενώσεων άνθρακα.

Παραδείγματα ενώσεων άνθρακα

Όλες οι οργανικές και οργανομεταλλικές ενώσεις και ορισμένες ανόργανες ενώσεις περιέχουν άνθρακα. Παραδείγματα ενώσεων άνθρακα περιλαμβάνουν:

• διοξείδιο του άνθρακα (CO₂ )
• δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA)
• γλυκόζη (C6H12O6)
• μεθάνιο (CH₄ )
• βενζόλιο (C₆ H₆ )
• αιθανόλη (C2H6O)
• υδροκυάνιο (HCN)
• καρβίδιο του πυριτίου (SiC)
• φωσγένιο (COCl₂ )
• ανθρακικό οξύ (H₂ CO₃ )
• τετραφθοριούχος άνθρακας (CF₄ )
• οξικό οξύ (CH3COOH)
• τετρααιθυλομόλυβδος [(CH3CH2)4Pb]

Ταξινόμηση ενώσεων άνθρακα

Οι ενώσεις άνθρακα μπορεί να είναι οργανικές, οργανομεταλλικές ή ανόργανες.

• Οργανικές ενώσεις :Οι οργανικές ενώσεις περιέχουν πάντα άνθρακα και υδρογόνο. Οι κύριες κατηγορίες οργανικών ενώσεων περιλαμβάνουν πρωτεΐνες, λιπίδια, υδατάνθρακες και νουκλεϊκά οξέα. Παραδοσιακά, οργανικές ενώσεις εμφανίζονται σε ζωντανούς οργανισμούς, αλλά είναι επίσης δυνατή η σύνθεσή τους στο εργαστήριο.
• Οργανομεταλλικές ενώσεις :Οι οργανομεταλλικές ενώσεις περιέχουν τουλάχιστον έναν δεσμό άνθρακα-μετάλλου. Παραδείγματα περιλαμβάνουν το σιδηροκένιο, τον τετρααιθυλομόλυβδο και το άλας του Zeise.
• Ανόργανες ενώσεις άνθρακα :Οι ανόργανες ενώσεις περιέχουν άνθρακα, αλλά όχι υδρογόνο. Ανόργανες ενώσεις απαντώνται σε ορυκτά και αέρια. Παραδείγματα περιλαμβάνουν μονοξείδιο του άνθρακα (CO), διοξείδιο του άνθρακα (CO₂ ), και ανθρακικό ασβέστιο (CaCO₃ ).

Ορισμένες ενώσεις αψηφούν τους απλούς ορισμούς. Για παράδειγμα, το υδροκυάνιο (HCN) θεωρείται ανόργανη ένωση. Παρόλο που περιέχει υδρογόνο και παράγεται από ορισμένους ζωντανούς οργανισμούς, ο δεσμός μεταξύ του υδρογόνου και της ομάδας κυανίου είναι περισσότερο ιοντικός παρά ομοιοπολικός. Μια άλλη εξαίρεση είναι το φωσγένιο (COCl₂ ), που περιέχει δεν περιέχει υδρογόνο αλλά είναι οργανικό. Εν μέρει η εξήγηση οφείλεται στο ότι το φωσγένιο προέρχεται από χλωριωμένους υδρογονάνθρακες (οργανικές ενώσεις) και εν μέρει είναι οργανικό λόγω της φύσης του χημικού δεσμού του ατόμου άνθρακα.

Αλλότροπα άνθρακα

Τα αλλότροπα είναι διαφορετικές μορφές ενός καθαρού στοιχείου. Εδώ, τα άτομα άνθρακα συνδέονται με άλλα άτομα άνθρακα. Τα αλλότροπα είναι ανόργανες ενώσεις. Ακολουθεί μια λίστα με μερικά αλλότροπα άνθρακα:

• Διαμάντι
• Γραφίτης
• Γραφένιο
• Γραφαινυλένιο
• Διαμάνε
• Φουλερένια
• Άμορφος άνθρακας
• Νανοσωλήνες άνθρακα
• Νανοαφρός άνθρακα
• Γυάλινος άνθρακας
• Lonsdaleite (εξαγωνικός άνθρακας)
• Cyclocarbon
• Γραμμικός ακετυλενικός άνθρακας
• Διατομικός άνθρακας

Κράματα άνθρακα

Πολλά κράματα περιέχουν άνθρακα. Τα κράματα άνθρακα περιλαμβάνουν χάλυβα και χυτοσίδηρο. Ακόμη και τα «καθαρά» μέταλλα είναι εν μέρει κράματα άνθρακα, εάν τήκονται με χρήση οπτάνθρακα. Παραδείγματα περιλαμβάνουν ψευδάργυρο, αλουμίνιο και χρώμιο.

Τύποι χημικών δεσμών σε ενώσεις άνθρακα

Ο άνθρακας συνήθως σχηματίζει ομοιοπολικούς χημικούς δεσμούς με τον εαυτό του και άλλους τύπους ατόμων. Μη πολικοί ομοιοπολικοί δεσμοί σχηματίζονται όταν ο άνθρακας δεσμεύεται με άλλα άτομα άνθρακα. Οι πολικοί ομοιοπολικοί δεσμοί σχηματίζονται όταν ο άνθρακας δεσμεύεται με αμέταλλα ή μεταλλοειδή.

Ο άνθρακας σχηματίζει ιοντικούς δεσμούς όταν συνδέεται με μέταλλα. Για παράδειγμα, ο χημικός δεσμός μεταξύ άνθρακα και ασβεστίου στο καρβίδιο του ασβεστίου (CaC₂ ) είναι ιοντικής φύσης.

Οι δεσμοί άνθρακα-άνθρακα μέσα στο γραφένιο περιλαμβάνουν αποτοποθετημένα ηλεκτρόνια και είναι μεταλλικοί δεσμοί.

Αριθμός χημικών δεσμών που περιλαμβάνουν άτομα άνθρακα

Ο αριθμός των δεσμών που σχηματίζονται τα άτομα άνθρακα με άλλα στοιχεία εξαρτάται από την κατάσταση οξείδωσής του. Η πιο κοινή κατάσταση οξείδωσης είναι +4 ή -4 (τετρασθενής), επομένως ο άνθρακας σχηματίζει συνήθως τέσσερις δεσμούς. Ωστόσο, άλλες καταστάσεις οξείδωσης του άνθρακα περιλαμβάνουν +3, +2, +1, 0, -1, -2 και -3. Σε λίγες περιπτώσεις, ο άνθρακας σχηματίζει ακόμη και έξι δεσμούς με άλλα άτομα. Για παράδειγμα, το εξαμεθυλοβενζόλιο (C₁₂ H₁₈ ) η δομή περιλαμβάνει ένα μόνο άτομο άνθρακα συνδεδεμένο με έξι άλλα άτομα άνθρακα!

Ονομασία ενώσεων άνθρακα

Τα ονόματα ορισμένων τύπων ενώσεων άνθρακα υποδεικνύουν τη χημική τους σύνθεση:

• Καρβίδια :Τα καρβίδια είναι δυαδικές ενώσεις άνθρακα με ένα άλλο στοιχείο που έχει μικρότερη ηλεκτραρνητικότητα. Al₄ C₃ , CaC₂ , SiC, TiC και WC είναι παραδείγματα καρβιδίων.
• καρβοράνια :Τα καρβοράνια είναι μοριακές ομάδες άνθρακα και βορίου, συχνά με υδρογόνο. Ένα παράδειγμα καρβορανίου είναι το H₂ C₂ B₁₀ H₁₀ .
• Αλογονίδια άνθρακα :Τα αλογονίδια του άνθρακα περιέχουν άνθρακα και ένα αλογόνο. Παραδείγματα αλογονιδίων άνθρακα περιλαμβάνουν τετραϊωδιούχο άνθρακα (CI₄ ) και τετραχλωράνθρακα (CCl₄ ).

Ιδιότητες των ενώσεων άνθρακα

Οι ενώσεις άνθρακα περιλαμβάνουν μια διαφορετική ομάδα χημικών ουσιών, αλλά έχουν κοινά χαρακτηριστικά:

• Μια βασική ιδιότητα του άνθρακα είναι η κατένωση ή η ικανότητα σχηματισμού αλυσίδων και δακτυλίων. Έτσι, πολλές ενώσεις άνθρακα περιέχουν δακτυλίους ή μακριές αλυσίδες ή σχηματίζουν πολυμερή.
• Οι περισσότερες ενώσεις άνθρακα έχουν χαμηλή αντιδραστικότητα σε θερμοκρασία δωματίου, αλλά αντιδρούν έντονα όταν θερμαίνονται. Για παράδειγμα, τα καύσιμα είναι σταθερά μέχρι να θερμανθούν.
• Πολλές ενώσεις άνθρακα είναι εύφλεκτες.
• Πολλές ενώσεις άνθρακα είναι μη πολικές. Επειδή είναι μη πολικά, συχνά έχουν χαμηλή διαλυτότητα στο νερό. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το νερό από μόνο του δεν κόβει το λάδι ή το λίπος.
• Οι ενώσεις άνθρακα με άζωτο είναι συχνά εκρηκτικές. Ο δεσμός μεταξύ των ατόμων είναι ασταθής και απελευθερώνει σημαντική ενέργεια όταν σπάσει.
• Οι ενώσεις άνθρακα και αζώτου έχουν συχνά μια ξεχωριστή, δυσάρεστη οσμή ως υγρά. Συνήθως τα στερεά είναι άοσμα.

Χρήσεις ενώσεων άνθρακα

Οποιαδήποτε εφαρμογή μπορείτε να ονομάσετε χρησιμοποιεί ενώσεις άνθρακα. Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί περιέχουν άνθρακα. Τα καύσιμα και τα τρόφιμα έχουν βάση τον άνθρακα. Τα πλαστικά, οι χρωστικές ουσίες, τα φυτοφάρμακα και πολλά κράματα είναι ενώσεις άνθρακα.

Αναφορές

• Cotton, F. Albert; Murillo, Carlos A., Bochmann, Manfred (1999). Προηγμένη Ανόργανη Χημεία (6η έκδ.). Wiley-Interscience. ISBN 978-0471199571.
• Dresselhaus, M. S.; Dresselhaus, G.; Avouris, Ph., eds. (2001). «Νανοσωλήνες άνθρακα:σύνθεση, δομές, ιδιότητες και εφαρμογές». Θέματα Εφαρμοσμένης Φυσικής . 80. Βερολίνο. ISBN 978-3-540-41086-7.
• Harris, P.J.F. (2004). «Σχετική με το φουλερένιο δομή εμπορικών υαλωδών ανθράκων». Philosophical Magazine . 84 (29):3159–3167. doi:10.1080/14786430410001720363
• Ritter, Stephen K. (2016). «Έξι δεσμοί στον άνθρακα:Επιβεβαιωμένο». Chem. Eng. Ειδήσεις . 94 (49):13. doi:10.1021/cen-09449-scicon007
• Simpson, P. (1993) Organic Chemistry:A Programmed Learning Approach . Πηδών. ISBN 978-0412558306.