Zisk a výskyt uhlíku

v přírodě se vyskytuje jak volný ve formě grafitu a diamantu, tak vázáný v oxidu uhličitém a uhličitanech
je to základní stavební jednotka živé hmoty

Alotropické modifikace uhlíku

elementární uhlík se vyskytuje ve třech alotropických modifikacích

Grafit

má vrstevnatou strukturu
jednotlivé vrstvy obsahují hexagonálně uspořádané atomy uhlíku
vazba mezi uhlíky je velmi pevná
vrstvy jsou spolu spojeny rozsáhlým systémem delokalizovaných $\pi$-elektronů
$\pi$ sysém je přičinou vlastností grafitu
- způsobuje jeho barvu, neprůsvitnost, kovový lesk a elektrickou vodivost
van der Waalsovy síly poutající vrstvy k sobě umožňují odlamování vrstev
- to umožňuje použití grafitu v tuhách tužek
při vyšších teplotách reaguje s alkalickými kovy za vzniku sloučenin typu $MC_8$ a $MC_{16}$ a sycením bromovými parami vzniká $C_8Br$
- tyto sloučeniny jsou podobně vodivé jako jiné kovy
grafit se využívá primárně k výrobě elektrod, žáruvzodrných materiálů, tužek, mazadel a pigmentů

Diamant

jeho struktura se skládá z individuálních tetraedrů, které jsou v každém vrcholu spojeny s dlaším tetraedrem
vazby mezi uhlíky jsou mimořádně pevné
diamant je nejtvrdší přírodní látkou
má největší známou tepelnou vodivost
pro svoji tvrdost nalézá uplatnění v různý řazných a vrutných nástrojích
- díky jeho tepelné vodivost se nepřehřívají
uplatňuje se také ve šperkařství v nejruznějších broušených variantách
- nejznámnějším brusem diamantu je brilliant

Fullereny

byla připravena uměle
získává se odpařováním grafitové elektrody v elektrickém oblouku
jejich molekuly jsou tvořeny ruzným počtem atomů uhlíku
- u diamantu a grafitu se jedná o polymerná struktury
- byli izolovány molekuly $C_{60}$, $C_{70}$, $C_{80}$, $C_{84}$, $C_{90}$, $C_{94}$ a další
jejich molekuly mají tvar mnohostěnu
vazby mezi nimi tvoří tři vazby $\sigma$ a jedna vazba $\pi$

Sloučeniny uhlíku

Sloučeniny uhlíku s kyslíkem

oxid uhelnatý $CO$
- je to bezbarvý plyn velmi málo rozpustný ve vodě
- připravuje se dehydratací kyseliny mravenčí koncentrovanou kyselinou sírovou
- vzniká při spalování uhlíku za nedostatku kyslíku
  - reakce spočívá ve vzniku oxidu uhličitého, který je ihned zredukován nezreagovaným uhlíkem
  - $CO+O_2\longrightarrow{CO_2}$ longrightarrow{2\ CO}$
- je velmi reaktivní
- má redukční vlastnosti
- je jedovatý a bez zápachu
  - váže se na hemoglobin
  - při dostatečně velké kontaminaci těla dochází ke smrti vnitřním udušením
  - člověk, který se nadýchal oxidu uhelnatého, musí být přenesen na čerství vzduch a obvykle je nutné podání vzduchu obohaceného kyslíkem
  - někdy je nutná transfuze krve
    - zablokovaný hemoglobin se neobnovuje
oxid uhličitý $CO_2$
- je to bezbarví plyn slabě kyselého zápachu
- není jedovatý, ale je nedýchatelný
  - hluboký nádech způsobuje úpadek do bezvědomí a následně udušení
- jeho pevná forma se nazývá suchý led
  - za normálních teplot sublimuje
  - používá se jako chlaidvo
- v kapalné formě se používá jako náplň do sněhových hasicích přístrojů
kyselina uhličitá $H_2CO_3$
- vzniká rozpouštěním oxidu uhličitého ve vodě
  - většina oxidu uhličitého je ovšem přítomna v hydratované formě o stechiometrii $CO_2\cdot{n\ H_2O}$
- z roztoku ji nelze izolovat
- významné jsou její soli
  - jsou to buď hydrogenuhličitany nebo uhličitany
  - významné jsou zejména hospodářsky
    - uhličitan sodný $Na_2CO_3$ - soda
    - uhličitan draselný $K_2CO_3$ - potaš
    - uhličitan vápenatý $CaCO_3$ - vápenec
- významné jsou i její další deriváty

Sloučeniny uhlíku s vodíkem

označují se jako uhlovodíky
je to obrovská skupina látek
jejich chemií se zabývá obor organické chemie
jejich zdrojem je primárně ropa

Sloučeniny uhlíku s halogeny

jedná se o velkou skupinu látek
některé jsou jedovaté nebo škodí životnímu prostředí
- chlorid uhličitý $CCl_4$
  - je to jedovatá, karcinogenní látka nasládlého zápachu
  - dříve se používá do hasících přístrojů, ale postupně se pro svou jedovatost odstraňuje
- freony

Karbidy

jsou to binární sloučeniny uhlíku s elektropozitivnějšími prvky
přípravují se reakcí uhlíku s kovy nebo jejich oxidy při vysokých teplotách

Iontové karbidy (acetylidy)

jsou to soli ethynu
ve struktuře obsahují ionty $C_2^{2-}$
patří sem primárně karbidy alkalických kovů a kovů alkalických zemin
karbidy alkalických kovů se obvykle připravují reakcí ethynu s roztokem kovu v amoniaku
s vodou reagují za vývoje ethynu
karbid vápenatý $CaC_2$
- varábí se reakcí oxidu vápenatého s koksem v elektrické peci
- jeho reakce s vodou se dříve využívala k průmyslové výrobě ethynu
- dnes se využívá k syntéze kaynamidu vápenatého $CaCN_2$
  - je to významné hnojivo
karbidy stříbrný, zlatný a měďný jsou výbušné

Intersticiální karbidy

mají atomy uhlíku umístěné v mezerách krystalových mřížek kovů
poloměr atomu kovu musí být alespoň 135 pm
jsou žáruvzdorné, extrémně tvrdé a zachovávají si některé původní vlastnosti kovu
karbid wolframu $WC$
- používá se k výrobě rychlořezných nástrojů

Karbidy prvků skupiny železa

$Cr_3C_2$, $Mn_3C$, $Fe_3C$, $Co_3C$ a $Ni_3C$
jsou přechodem mezi iontovými a intersticiálními karbidy
se struktuře obsahují uhlíkové řetězce v krystalické mřížce kovu
s vodou reagují za vzniku uhlovodíků a vodíku

Kovalentní karbidy

$Be_2C$, $Al_4C_3$, $SiC$, $B_4C$
tvoří trojrozměrné atomové mřížky
připravují se reakcí prvku nebo jeho oxidu s uhlíkem
$Be_2C$ a $Al_4C_3$ reagují s vodou za vzniku methanu
$SiC$ a $B_4C$ jsou chemicky velmi odolné a mimořádně tvrdé

Kynovodík $HCN$

je to bezbarvá kapalina s bodem varu 25.6°C
tvoří lineární molekuly $H-C\equiv{N}$
bez přítomnosti stabilizátoru polymeruje
vyrábí se reakcí methanu s amoniakem za vysoké teploty a přítomnosti katalyzátoru ve formě platiny
je výborným rozpouštědlem elektrolytů
dobře se rozpouští ve vodě
je prudce jedovatý
- způsobuje ochrnutí dychácího centra nervové soustavy
je důležitou surovinou pro výrobu dalších látek