Ugljik

Poll without page-refresh

Article on other languages:

	del.icio.us
	Digg
	Furl
	Reddit
	Rojo
	Add to OnlyWire

[4] 1s² 2s² 2p²

Periodni sustav elemenata

Osnovna svojstva

Kemijski element, Simbol, Atomski broj

Ugljik, C, 6

Kemijska skupina

nemetali

Grupa, perioda, Blok

14, 2, p

Izgled

crna krutina (grafit)
bezbojna krutina (dijamant)

Gustoća¹

2267 kg/m³

Tvrdoća

1 do 2 (grafit)
10,0 (dijamant)
(Mohsova skala)

Specifični toplinski kapacitet (c_p ili c_V)²

(25 °C) (grafit) 8,517 J mol^–1 K^–1

- °C

- °C

120 kJ mol^-1

715 kJ mol^-1

¹ pri standardnom tlaku i temperaturi
² pri konstantnom tlaku ili volumenu
³ pri standardnom tlaku

Atomska svojstva

Atomska masa

12,0107(8)

Elektronska konfiguracija

[4] 1s² 2s² 2p²

Ugljik je kemijski element koji u periodnom sustavu elemenata nosi simbol C, atomski (redni) broj mu je 6, a atomska masa mu iznosi 12,0107(8).

U prirodi se ugljik pojavljuje kao elementarna tvar i u obliku svojih spojeva.

Alotropske modifikacije ugljika

dijamant (najtvrđi poznati mineral). Vezivna struktura: 4 elektrona u sp3-orbitalama. Dijamant je proziran, vrlo tvrd (i vrlo skup!) mineral. Ne provodi električnu struju. Ugljikovi atomi u dijamantu povezani su sa četiri susjedna ugljikova atoma u dijamantnu rešetku.

grafit Vezivna struktura: 3 elektrona u sp2-orbitalama i 1 elektron u p-orbitali. Grafit je mekana, sivocrna, lomljiva tvar, masna opipa. Grafit provodi električnu struju. Kristali grafita sastoje se od slojeva, a u svakom sloju atomi su poredani kao šesteročlani prstenovi.

fuleren Zatvorene strukture, napravljene od peteročlanih i šesteročlanih, a ponekad i sedmeročlanih prstenova. Najpoznatiji i najstabilniji fuleren je bakminsterfuleren, C₆₀, čija struktura podsjeća na nogometnu loptu. Fulereni su ime dobili po poznatom američkom arhitektu Buckminsteru Fulleru (1895. - 1983.).

karbin Lanci ugljikovih atoma povezanih σ vezama koje se ostvaruju preklapanjem sp hibridnih orbitala i π vezama, koje se ostvaruju preklapanjem p orbitala.

Bakminsterfuleren, C₆₀

Ugljik se pojavljuje i u više drugih oblika poznatih kao amorfni ugljik (aktivni ugljen, ugljen, koks, čađa). Svi oblici amorfnog ugljika nisu čisti ugljik i sastoje se od sitnih čestica grafitne strukture.

Upotreba ugljika

Grafit se upotrebljava za proizvodnju olovaka, u strojarstvu kao mazivo za ležajeve i ključanice, u nuklearnoj industriji za izgradnju nuklearnih reaktora itd. Ljepši primjerci dijamanta upotrebljavaju se za izradu skupocjenog nakita, a oni manje lijepi za izradu alata za rezanje, bušenje, brušenje i poliranje.

Kemija ugljika

Ugljik tvori vrlo stabilne ugljik-ugljik veze, kao i veze s mnogim drugim elementima što uzrokuje enormni broj ugljikovih spojeva. Kemiju ugljikovih spojeva, osim karbida, karbonata, cijanida, ugljikovih oksida i sulfida proučava organska kemija.

Ugljikovi halogenidi

Tetrafluorougljik je stabilna tvar koja se dobiva kao krajnji produkt fluoriranja organskih spojeva. U laboratoriju se pripravlja fluoriranjem silicijevog karbida.

Tetraklorougljik je bezbojna tekućina pri sobnoj temperaturi i atmosferskim tlakom. Često se koristi kao otapalo.

Tetrabromougljik je tamno žuta krutina na sobnoj temperaturi. Netopljiv je u vodi i drugim polarnim otapalima.

Tetrajodougljik je svjeto crvena krutina mirisa sličnog jodu. Pripravlja se reakcijom etil-jodida i tetraklorougljika uz aluminijev tri klorid.

tvar	talište	vrelište	stabilnost
CF4	'-185'	'-128'	stabilan
CCl4	'-23'	76	umjereno stabilan
CBr4	93	190	sporo se raspada na temperaturi vrelišta
CI4	171		raspada se prije vrelišta

Oksidi ugljika

Ugljikov monoksid (CO) nastaje pri izgaranju ugljikovih spojeva uz ograničeni dotok kisika. Industrijski se proizvodi kao generatoski plin, izgaranjem koksa u generatoru, ili kao vodeni plin, u smjesi sa vodikom, reakcijom generatorskog plina s vodenom parom. Ugljikov monoksid je vrlo toksičan jer se veže s hemoglobinom na sličan način kao i kisik.

Ugljikov dioksid (CO₂) je bezbojni plin, bez mirisa. Dobiva se izgaranjem ugljika ili ugljikovih spojeva, ili reakcijom kiselina s karbonatima. Ugljikov dioksid je inertni plin i često se koristi kao inertna atmosfera u slučajevima gdje prisutnost kisika može biti štetna.

Ugljikov suboksid (C₃O₂) je plin neugodnog mirisa, koji se formira dehidriranjem malonske kiseline fosforovim 5 oksidom u vakuumu pri 140 do 150 ºC. Ugljikov suboksid ima linearnu molekulu: O=C=C=C=O. Stabilan je na temperaturi vrelišta dušika: –78 ºC, a na 25ºC polimerizira.

Anhidrid melne kiseline(C₁₂O₉)

Ugljik formira i druge, nestabilne okside: C₂O, C₂O₃, CO₃.

Karbidi

Karbidi 1., 2., 12. grupe, te aluminija su ionski karbidi. Struktura ovih karbida sadrže izoliranje ugljikove atome (Be₂C, Al₄C₃), acetilidne ione (C₂^2-) (CaC₂, MgC₂, BeC₂, BaC₂, ZnC₂, Na₂C₂, K₂C₂), ili C₃^4- anion. Hidrolizom ovih karbida dobiva se metan, acetilen ili alen, ovisno od kojeg iona je karbid sastavljen.

Karbidi prijelaznih metala: Rani prijelazni metali (Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W) tvore karbide s metalnim karakterom. Ovi metali, u svojoj strukturi, imaju međuprostore koji odgovaraju veličini ugljikovog atoma. Ugljik u međuprostorima čini ovakve karbide izuzetno stabilnima, vrlo visokih tališta i kemijski inertnim materijalima. Karbidi 7. 8. 9. i 10. skupine su nestabilniji od karbida ranih prijelaznih metala, otapaju se u vodi ili kiselinama. Karbidi lantanida i aktinida imaju formulu i strukturu sličnu acetilidima, ali hidrolizom s vodom daju metan.

Kovalentni karbidi su karbidi nemetala. Odlikuju se velikom tvrdoćom i lesto se koriste kao abrazivna sredstva.

Periodni sustav elemenata