Hiiliyhdisteet: mitä sinun pitäisi tietää

Hiiliyhdisteet ovat kemiallisia aineita, jotka sisältävät hiiliatomit sidottu mihinkään muuhun elementtiin. Hiiliyhdisteitä on enemmän kuin missään muussa alkuaineessa paitsi vety. Suurin osa näistä molekyyleistä on orgaanisia hiiliyhdisteitä (esim. Bentseeni, sakkaroosi), vaikkakin olemassa on myös suuri joukko epäorgaanisia hiiliyhdisteitä (esim. hiilidioksidi). Yksi tärkeä hiilen ominaisuus on katenointi, joka on kyky muodostaa pitkiä ketjuja tai polymeerit. Nämä ketjut voivat olla lineaarisia tai voivat muodostaa renkaita.

hiili muodostaa useimmiten kovalenttiset sidokset muiden atomien kanssa. Hiili muodostaa polaaritonta kovalenttisia sidoksia, kun se sitoutuu muihin hiiliatomeihin ja polaarisia kovalenttisia sidoksia ei-metalleihin ja metalloideihin. Joissakin tapauksissa hiili muodostaa ionisia sidoksia. Esimerkki on kalsiumin ja hiilen välinen sidos kalsiumkarbidissa, CaC₂.

Hiili on yleensä tetravalentti (hapetustila +4 tai -4). Kuitenkin tunnetaan muita hapetustiloja, mukaan lukien +3, +2, +1, 0, -1, -2 ja -3. Hiilen tiedetään jopa muodostavan kuusi sidosta, kuten heksametyylibentseenissä.

Vaikka kaksi päätapaa hiiliyhdisteiden luokittelemiseksi ovat orgaanisia tai epäorgaanisia, yhdisteitä on niin paljon, että ne voidaan jakaa edelleen.

Allotroopit ovat elementin erilaisia ​​muotoja. Teknisesti ne eivät ole yhdisteitä, vaikka rakenteita kutsutaan usein tällä nimellä. Tärkeisiin hiilen allotropeihin sisältyy amorfinen hiili, timantti-, grafiitti, grafeeni ja fullereenit. Muita allotrooppeja tunnetaan. Vaikka allotroopit ovat kaikki saman elementin muotoja, niillä on huomattavasti erilaisia ​​ominaisuuksia toisistaan.

Orgaaniset yhdisteet määriteltiin kerran mihin tahansa hiiliyhdisteisiin, jotka muodostivat yksinomaan elävä organismi. Nyt monet näistä yhdisteistä voidaan syntetisoida laboratoriossa tai ne on todettu erillään organismeista, joten määritelmää on tarkistettu (vaikkakaan siitä ei ole sovittu). Orgaanisen yhdisteen on sisällettävä vähintään hiiltä. Suurin osa kemisteistä on sitä mieltä, että vedyn on oltava läsnä. Joidenkin yhdisteiden luokittelu on kuitenkin kiistetty. Suurimpiin orgaanisten yhdisteiden luokkiin kuuluvat (mutta ei niihin rajoittuen) hiilihydraatit, lipidejä, proteiinejaja nukleiinihapot. Esimerkkejä orgaanisista yhdisteistä ovat bentseeni, tolueeni, sakkaroosi ja heptaani.

Epäorgaanisia yhdisteitä voi löytyä mineraaleista ja muista luonnollisista lähteistä tai niitä voidaan valmistaa laboratoriossa. Esimerkkejä ovat hiilioksidit (CO ja CO₂), karbonaatit (esim. CaCO₃), oksalaatit (esim. BaC₂O₄), hiilisulfidit (esim. hiilidisulfidi, CS₂), hiili-typpiyhdisteet (esim. syaanivety, HCN), hiilihalogenidit ja karboraanit.

Orgaaniset metalliyhdisteet sisältävät ainakin yhden hiili-metallisidoksen. Esimerkkejä ovat tetraetyylijohto, ferroseeni ja Zeisen suola.

useat seokset sisältävät hiiltä, mukaan lukien teräs ja valurauta. "Puhtaat" metallit voidaan sulattaa koksilla, mikä aiheuttaa niiden sisältävän myös hiiltä. Esimerkkejä ovat alumiini, kromi ja sinkki.

Tietyillä yhdisteluokilla on nimet, jotka osoittavat niiden koostumuksen:

• karbidit: Karbidit ovat binaarisia yhdisteitä, jotka muodostuu hiilestä ja toisesta elementistä, jolla on alhaisempi elektronegatiivisuus. Esimerkkejä ovat Al₄C₃, CaC₂, SiC, TiC, WC.
• Hiilihalogenidit: Hiilihalogenidit koostuvat hiilestä, joka on sitoutunut halogeeni. Esimerkkejä ovat hiilitetrakloridi (CCl₄) ja hiilitetrajodidi (Cl₄).
• karboraaneja: Karboraanit ovat molekyyliklusterit, jotka sisältävät sekä hiiltä että booriatomit. Esimerkki on H₂C₂B₁₀H₁₀.

Hiiliyhdisteillä on tietyt yhteiset ominaisuudet:

1. Suurimmalla osalla hiiliyhdisteitä on alhainen reaktiivisuus normaalissa lämpötilassa, mutta ne voivat reagoida voimakkaasti, kun lämpöä käytetään. Esimerkiksi puussa oleva selluloosa on stabiili huoneenlämpötilassa, mutta palaessaan se palaa.
2. Seurauksena on, että orgaanisia hiiliyhdisteitä pidetään palavina ja niitä voidaan käyttää polttoaineina. Esimerkkejä ovat terva, kasviaine, maakaasu, öljy ja hiili. Palamisen jälkeen jäännös on pääasiassa alkuainehiiltä.
3. Monet hiiliyhdisteet ovat polaarittomia ja niillä on alhainen liukoisuus veteen. Tästä syystä vesi yksin ei riitä öljyn tai rasvan poistamiseen.
4. Hiili- ja typpiyhdisteet tekevät usein hyviä räjähteitä. Atomien väliset sidokset voivat olla epävakaita ja vapauttaa todennäköisesti huomattavasti energiaa murtuneina.
5. Hiiltä ja typpeä sisältävillä yhdisteillä on tyypillisesti selkeä ja epämiellyttävä haju nesteinä. Kiinteä muoto voi olla hajuton. Esimerkki on nylon, joka haisee, kunnes se polymeroituu.

Hiiliyhdisteiden käyttö on rajatonta. Elämä sellaisena kuin se tiedämme, riippuu hiilestä. Suurin osa tuotteista sisältää hiiltä, ​​mukaan lukien muovit, seokset ja pigmentit. Polttoaineet ja elintarvikkeet perustuvat hiileen.