Karbonforbindelser: Hva du bør vite

Karbonforbindelser er kjemiske stoffer som inneholder karbonatomer bundet til ethvert annet element. Det er flere karbonforbindelser enn for noe annet element unntatt hydrogen. Majoriteten av disse molekylene er organiske karbonforbindelser (f.eks. Benzen, sukrose), selv om et stort antall uorganiske karbonforbindelser også eksisterer (f.eks. karbondioksid). Et viktig kjennetegn ved karbon er katenering, som er evnen til å danne lange kjeder eller polymerene. Disse kjedene kan være lineære eller kan danne ringer.

Karbon danner ofte kovalente bindinger med andre atomer. Karbon danner ikke-polare kovalente bindinger når det binder seg til andre karbonatomer og polare kovalente bindinger med ikke-metaller og metalloider. I noen tilfeller danner karbon ioniske bindinger. Et eksempel er en binding mellom kalsium og karbon i kalsiumkarbid, CaC₂.

Karbon er vanligvis tetravalent (oksidasjonstilstand på +4 eller -4). Andre oksidasjonstilstander er imidlertid kjent, inkludert +3, +2, +1, 0, -1, -2 og -3. Karbon har til og med vært kjent for å danne seks bindinger, som i heksametylbenzen.

Selv om de to viktigste måtene å klassifisere karbonforbindelser er som organiske eller uorganiske, er det så mange forskjellige forbindelser at de kan deles videre.

Allotropes er forskjellige former for et element. Teknisk sett er de ikke forbindelser, selv om strukturene ofte blir kalt med det navnet. Viktige allotroper av karbon inkluderer amorf karbon, diamant, grafitt, grafen og fullerener. Andre allotroper er kjent. Selv om allotropes er alle former for samme element, har de enormt forskjellige egenskaper fra hverandre.

Organiske forbindelser ble en gang definert som en hvilken som helst karbonforbindelse utelukkende dannet av en levende organisme. Nå kan mange av disse forbindelsene syntetiseres i et laboratorium eller har blitt funnet forskjellige fra organismer, så definisjonen er revidert (selv om det ikke er enighet om). En organisk forbindelse må inneholde minst karbon. De fleste kjemikere er enige om at hydrogen også må være til stede. Likevel bestrides klassifiseringen av noen forbindelser. Hovedklasser av organiske forbindelser inkluderer (men er ikke begrenset til) karbohydrater, lipider, proteiner, og nukleinsyrer. Eksempler på organiske forbindelser inkluderer benzen, toluen, sukrose og heptan.

Uorganiske forbindelser kan finnes i mineraler og andre naturlige kilder, eller de kan lages i laboratoriet. Eksempler inkluderer karbonoksider (CO og CO₂), karbonater (f.eks. CaCO₃), oksalater (f.eks. BaC₂O₄), karbonsulfider (f.eks. karbondisulfid, CS₂), karbon-nitrogenforbindelser (f.eks. hydrogencyanid, HCN), karbonhalogenider og karboraner.

Organometalliske forbindelser inneholder minst en karbon-metallbinding. Eksempler inkluderer tetraetyl bly, ferrocen og Zeises salt.

Flere legeringer inneholder karbon, inkludert stål og støpejern. "Rene" metaller kan smeltes ved hjelp av koks, noe som gjør at de også inneholder karbon. Eksempler inkluderer aluminium, krom og sink.

Enkelte klasser av forbindelser har navn som indikerer deres sammensetning:

• karbider: Karbider er binære forbindelser dannet av karbon og et annet element med lavere elektronegativitet. Eksempler inkluderer Al₄C₃, CaC₂, SiC, TiC, WC.
• Karbonhalogenider: Karbonhalogenider består av karbon bundet til en halogen. Eksempler inkluderer karbontetraklorid (CCl₄) og karbontetraiodid (CI₄).
• Carboranes: Karboraner er molekylære klynger som inneholder både karbon og boratomer. Et eksempel er H₂C₂B₁₀H₁₀.

Karbonforbindelser har visse vanlige kjennetegn:

1. De fleste karbonforbindelser har lav reaktivitet ved vanlig temperatur, men kan reagere kraftig når det tilføres varme. For eksempel er cellulose i tre stabilt ved romtemperatur, men brenner likevel ved oppvarming.
2. Som en konsekvens anses organiske karbonforbindelser som brennbare og kan brukes som brensel. Eksempler inkluderer tjære, plantestoff, naturgass, olje og kull. Etter forbrenning er resten primært elementært karbon.
3. Mange karbonforbindelser er ikke-polare og utviser lav oppløselighet i vann. Av denne grunn er vann alene ikke tilstrekkelig til å fjerne olje eller fett.
4. Forbindelser med karbon og nitrogen lager ofte gode eksplosiver. Bindingene mellom atomene kan være ustabile og sannsynligvis frigjøre betydelig energi når de brytes.
5. Forbindelser som inneholder karbon og nitrogen har vanligvis en distinkt og ubehagelig lukt som væsker. Den faste formen kan være luktfri. Et eksempel er nylon, som lukter til det polymeriserer.

Bruken av karbonforbindelser er ubegrensede. Livet slik vi kjenner det er avhengig av karbon. De fleste produktene inneholder karbon, inkludert plast, legeringer og pigmenter. Drivstoff og mat er basert på karbon.