Oglekļa savienojumi: Kas jums būtu jāzina

Oglekļa savienojumi ir ķīmiskas vielas, kas satur oglekļa atomi savienots ar jebkuru citu elementu. Oglekļa savienojumu ir vairāk nekā jebkuram citam elementam izņemot ūdeņradi. Lielākā daļa šo molekulu ir organiskā oglekļa savienojumi (piemēram, benzols, saharoze), kaut arī pastāv arī liels skaits neorganisko oglekļa savienojumu (piemēram, oglekļa dioksīds). Viena svarīga oglekļa īpašība ir katenācija, kas ir spēja veidot garas ķēdes vai polimēri. Šīs ķēdes var būt lineāras vai veidot gredzenus.

Ogleklis visbiežāk veido kovalentās saites ar citiem atomiem. Ogleklis veido nepolāras kovalences saites, kad tas savienojas ar citiem oglekļa atomiem, un polārās kovalentās saites ar nemetāliem un metalloīdiem. Dažos gadījumos ogleklis veido jonu saites. Kā piemēru var minēt saiti starp kalciju un oglekli kalcija karbīdā, CaC₂.

Ogleklis parasti ir tetravalents (oksidācijas stāvoklis ir +4 vai -4). Tomēr ir zināmi arī citi oksidācijas stāvokļi, ieskaitot +3, +2, +1, 0, -1, -2 un -3. Ir zināms, ka ogleklis veido pat sešas saites, kā heksametilbenzolā.

Lai arī divi galvenie oglekļa savienojumu klasificēšanas veidi ir organiski vai neorganiski, ir tik daudz dažādu savienojumu, ka tos var sīkāk sadalīt.

Allotropes ir dažādas elementa formas. Tehniski tie nav savienojumi, lai gan struktūras bieži sauc ar šo vārdu. Svarīgi oglekļa alotropi ietver amorfu oglekli, dimants, grafīts, grafēns un fullēni. Ir zināmi citi alotropi. Pat ja allotropi ir viena un tā paša elementa formas, tiem ir ļoti atšķirīgas īpašības viena no otras.

Organiskie savienojumi savulaik tika definēti kā jebkurš oglekļa savienojums, ko veido tikai dzīvs organisms. Tagad daudzus no šiem savienojumiem var sintezēt laboratorijā vai arī ir atrasti atšķirīgi no organismiem, tāpēc definīcija ir pārskatīta (kaut arī par to nav panākta vienošanās). Organiskajam savienojumam jāsatur vismaz ogleklis. Lielākā daļa ķīmiķu piekrīt, ka klāt ir arī ūdeņradis. Pat ja tā, dažu savienojumu klasifikācija ir apstrīdēta. Lielākajās organisko savienojumu klasēs ietilpst (bet ne tikai) ogļhidrāti, lipīdi, olbaltumvielas, un nukleīnskābes. Organisko savienojumu piemēri ir benzols, toluols, saharoze un heptāns.

Neorganiskos savienojumus var atrast minerālos un citos dabiskos avotos, vai arī tos var izgatavot laboratorijā. Kā piemērus var minēt oglekļa oksīdus (CO un CO₂), karbonāti (piemēram, CaCO₃), oksalāti (piemēram, BaC₂O₄), oglekļa sulfīdi (piemēram, oglekļa disulfīds, CS₂), oglekļa-slāpekļa savienojumi (piemēram, ciānūdeņradis, HCN), oglekļa halogenīdi un karborāni.

Metālorganiskie savienojumi satur vismaz vienu oglekļa-metāla saiti. Kā piemērus var minēt tetraetil svinu, ferocēnu un Zeise sāls.

Vairāki sakausējumi satur oglekli, ieskaitot tēraudu un čugunu. "Tīros" metālus var kausēt, izmantojot koksu, kas liek tiem saturēt arī oglekli. Kā piemērus var minēt alumīniju, hromu un cinku.

Dažām savienojumu klasēm ir nosaukumi, kas norāda to sastāvu:

• Karbīdi: Karbīdi ir bināri savienojumi, ko veido ogleklis un cits elements ar zemāku elektronegativitāti. Kā piemērus var minēt Al₄C₃, CaC₂, SiC, TiC, WC.
• Oglekļa halogenīdi: Oglekļa halogenīdi sastāv no oglekļa, kas savienots ar halogēna atoms. Kā piemērus var minēt tetrahloroglekli (CCl₄) un tetrajodīda ogle (CI₄).
• Karboranāni: Karborāni ir molekulāras kopas, kas satur gan oglekli, gan bora atomi. Piemērs ir H₂C₂B₁₀H₁₀.

Oglekļa savienojumiem ir dažas kopīgas īpašības:

1. Lielākajai daļai oglekļa savienojumu ir zema reaģētspēja parastajā temperatūrā, bet, reaģējot ar siltumu, tie var enerģiski reaģēt. Piemēram, celuloze kokā ir stabila istabas temperatūrā, bet karsējot tā izdeg.
2. Rezultātā organiskos oglekļa savienojumus uzskata par degošiem un tos var izmantot kā degvielu. Kā piemērus var minēt darvu, augu vielas, dabas gāzi, eļļu un ogles. Pēc sadegšanas atlikums galvenokārt ir elementārais ogleklis.
3. Daudzi oglekļa savienojumi ir nepolāri un maz šķīst ūdenī. Šī iemesla dēļ ar ūdeni vien nepietiek, lai notīrītu eļļu vai taukus.
4. Oglekļa un slāpekļa savienojumi bieži rada labas sprāgstvielas. Saites starp atomiem var būt nestabilas un, saplīstot, izdalīt ievērojamu enerģiju.
5. Savienojumiem, kas satur oglekli un slāpekli, parasti ir atšķirīga un nepatīkama smaka kā šķidrumiem. Cieta forma var būt bez smaržas. Piemērs ir neilons, kas smaržo, līdz tas polimerizējas.

Oglekļa savienojumu lietojums ir neierobežots. Dzīve, kā mēs zinām, ir atkarīga no oglekļa. Lielākā daļa produktu satur oglekli, ieskaitot plastmasu, sakausējumus un pigmentus. Degvielas un pārtikas produktu pamatā ir ogleklis.