• nachází se ve skupině IV.A
• jeho elektronová konfigurace je $[He]2s^{2}2p^2$

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 $M{C}_8$ a $M{C}_{16}$ a sycením bromovými parami vzniká $C_{8}Br$
  • 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
    • $CO+O_2⟶C{O}_2$ 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 $C{O}_2$
  • 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 $H_{2}C{O}_3$
  • vzniká rozpouštěním oxidu uhličitého ve vodě
    • většina oxidu uhličitého je ovšem přítomna v hydratované formě o stechiometrii $C{O}_2\cdot n{H}_{2}O$
  • z roztoku ji nelze izolovat
  • významné jsou její soli
    • jsou to buď hydrogenuhličitany nebo uhličitany
    • významné jsou zejména hospodářsky
      • uhličitan sodný $N{a}_{2}C{O}_3$ - soda
      • uhličitan draselný $K_{2}C{O}_3$ - potaš
      • uhličitan vápenatý $CaC{O}_3$ - 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 $CC{l}_4$
    • 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 $Ca{C}_2$
  • 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 $CaC{N}_2$
    • 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

• $C{r}_3{C}_2$, $M{n}_{3}C$, $F{e}_{3}C$, $C{o}_{3}C$ a $N{i}_{3}C$
• 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

• $B{e}_{2}C$, $A{l}_4{C}_3$, $SiC$, $B_{4}C$
• tvoří trojrozměrné atomové mřížky
• připravují se reakcí prvku nebo jeho oxidu s uhlíkem
• $B{e}_{2}C$ a $A{l}_4{C}_3$ reagují s vodou za vzniku methanu
• $SiC$ a $B_{4}C$ 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