Süsinikuühendid: mida peaksite teadma

Süsinikuühendid on keemilised ained, mis sisaldavad süsinikuaatomid seotud mõne muu elemendiga. Süsinikuühendeid on rohkem kui ühegi teise elemendi korral välja arvatud vesinik. Enamik neist molekulidest on orgaanilised süsinikuühendid (nt benseen, sahharoos), kuigi eksisteerib ka suur arv anorgaanilisi süsinikuühendeid (nt. süsinikdioksiid). Süsiniku üheks oluliseks omaduseks on katenteerimine, mis on võime moodustada pikki ahelaid või polümeerid. Need ahelad võivad olla sirged või moodustada rõngaid.

Süsinik moodustab enamasti kovalentsed sidemed teiste aatomitega. Süsinik moodustab mittepolaarsed kovalentsed sidemed, kui see seondub teiste süsinikuaatomitega ja polaarsed kovalentsed sidemed mittemetallide ja metalloididega. Mõnel juhul moodustab süsinik ioonsidemeid. Näide on side kaltsiumi ja süsiniku vahel kaltsiumkarbiidis, CaC₂.

Süsinik on tavaliselt tetravalentne (oksüdatsiooni olek +4 või -4). Siiski on teada ka muud oksüdatsiooniseisundid, sealhulgas +3, +2, +1, 0, -1, -2 ja -3. On teada, et süsinik moodustab isegi kuus sidet, nagu heksametüülbenseenis.

Ehkki kaks peamist süsinikuühendite klassifitseerimise viisi on orgaanilised või anorgaanilised, on erinevaid ühendeid nii palju, et neid saab veelgi jagada.

Allotrobid on elemendi erinevad vormid. Tehniliselt ei ole need ühendid, ehkki struktuure nimetatakse sageli selle nimega. Süsiniku oluliste allotroopide hulka kuulub amorfne süsinik, teemant, grafiit, grafeen ja fullereenid. Teised allotroopid on teada. Kuigi allotrobid on kõik sama elemendi vormid, on neil üksteisest oluliselt erinevad omadused.

Orgaanilisi ühendeid defineeriti kunagi kui süsinikuühendit, mille moodustasid eranditult elusorganism. Nüüd saab paljusid neist ühenditest laboratooriumis sünteesida või leida, et need eristuvad organismidest, seega on määratlus muudetud (ehkki selles pole kokku lepitud). Orgaaniline ühend peab sisaldama vähemalt süsinikku. Enamik keemikuid nõustub, et vesinik peab samuti olema. Isegi nii on mõne ühendi klassifitseerimine vaieldav. Suurte orgaaniliste ühendite klasside hulka kuuluvad (kuid pole nendega piiratud) süsivesikud, lipiidid, valgudja nukleiinhapped. Orgaaniliste ühendite näidete hulka kuuluvad benseen, tolueen, sahharoos ja heptaan.

Anorgaanilisi ühendeid võib leida mineraalidest ja muudest looduslikest allikatest või neid võib teha laboris. Näited hõlmavad süsinikoksiide (CO ja CO₂), karbonaadid (nt CaCO₃), oksalaadid (nt BaC₂O₄), süsiniksulfiidid (nt süsinikdisulfiid, CS₂), süsinik-lämmastikuühendid (nt vesiniktsüaniid, HCN), süsinikhalogeniidid ja karboraanid.

Metallorgaanilised ühendid sisaldavad vähemalt ühte süsinik-metalli sidet. Näideteks on tetraetüülplii, ferrotseen ja Zeise sool.

Mitmed sulamid sisaldavad süsinikku, sealhulgas teras ja malm. "Puhtaid" metalle võib koksi abil sulatada, mistõttu need sisaldavad ka süsinikku. Näited hõlmavad alumiiniumi, kroomi ja tsinki.

Teatud ühendiklassidel on nimed, mis näitavad nende koostist:

• Karbiidid: Karbiidid on binaarsed ühendid, mille moodustavad süsinik ja mõni muu madalama elektronegatiivsusega element. Näited hõlmavad Al₄C₃, CaC₂, SiC, TiC, WC.
• Süsinikhalogeniidid: Süsinikhalogeniidid koosnevad süsinikust, mis on seotud halogeen. Näited hõlmavad süsiniktetrakloriidi (CCl₄) ja süsiniktetrajodiidi (Cl₄).
• Karboraanid: Karboraanid on molekulaarklastrid, mis sisaldavad nii süsinikku kui ka boori aatomid. Näitena võib tuua H₂C₂B₁₀H₁₀.

Süsinikuühenditel on teatavad ühised omadused:

1. Enamikul süsinikuühenditel on tavalisel temperatuuril madal reaktsioonivõime, kuid need võivad kuumuse mõjul tugevalt reageerida. Näiteks puidus olev tselluloos on toatemperatuuril stabiilne, kuid kuumutamisel põleb.
2. Seetõttu peetakse orgaanilisi süsinikuühendeid põleviks ja neid võib kasutada kütusena. Näideteks on tõrv, taimsed ained, maagaas, nafta ja kivisüsi. Pärast põlemist on jäägiks peamiselt süsinik.
3. Paljud süsinikuühendid on mittepolaarsed ja lahustuvad vees halvasti. Sel põhjusel ei piisa õli või rasva eemaldamiseks ainuüksi veest.
4. Süsiniku ja lämmastiku ühendid teevad sageli häid lõhkeaineid. Aatomite vahelised sidemed võivad olla ebastabiilsed ja eraldavad purunemisel tõenäoliselt märkimisväärset energiat.
5. Süsinikku ja lämmastikku sisaldavatel ühenditel on vedelikena tavaliselt eristatav ja ebameeldiv lõhn. Tahke vorm võib olla lõhnatu. Näide on nailon, mis lõhnab kuni polümeriseerumiseni.

Süsinikuühendite kasutamine on piiramatu. Elu, nagu me teame, sõltub süsinikust. Enamik tooteid sisaldab süsinikku, sealhulgas plasti, sulameid ja pigmente. Kütused ja toidud põhinevad süsinikul.