I composti di carbonio sono sostanze chimiche che contengono atomi di carbonio legati a qualsiasi altro elemento. Ci sono più composti di carbonio che per qualsiasi altro elemento eccetto l'idrogeno. La maggior parte di queste molecole sono composti di carbonio organico (ad esempio, benzene, saccarosio), sebbene esista anche un gran numero di composti di carbonio inorganici (ad esempio, anidride carbonica). Una caratteristica importante del carbonio è la catenazione, che è la capacità di formare lunghe catene o polimeri. Queste catene possono essere lineari o possono formare anelli.
Tipi di legami chimici formati dal carbonio
Il carbonio forma più spesso legami covalenti con altri atomi. Il carbonio forma legami covalenti non polari quando si lega ad altri atomi di carbonio e legami covalenti polari con non metalli e metalloidi. In alcuni casi, il carbonio forma legami ionici. Un esempio è un legame tra calcio e carbonio nel carburo di calcio, CaC2.
Il carbonio è solitamente tetravalente (stato di ossidazione di +4 o -4). Tuttavia, sono noti altri stati di ossidazione, inclusi +3, +2, +1, 0, -1, -2 e -3. È anche noto che il carbonio forma sei legami, come nell'esametilbenzene.
Sebbene i due modi principali per classificare i composti del carbonio siano organici o inorganici, ci sono così tanti composti diversi che possono essere ulteriormente suddivisi.
Allotropi di carbonio
Gli allotropi sono diverse forme di un elemento. Tecnicamente, non sono composti, sebbene le strutture siano spesso chiamate con quel nome. Importanti allotropi del carbonio includono carbonio amorfo, diamante, grafite, grafene e fullereni. Sono noti altri allotropi. Anche se gli allotropi sono tutte forme dello stesso elemento, hanno proprietà molto diverse l'una dall'altra.
Composti organici
I composti organici una volta erano definiti come qualsiasi composto di carbonio formato esclusivamente da un organismo vivente. Ora molti di questi composti possono essere sintetizzati in laboratorio o sono stati trovati distinti dagli organismi, quindi la definizione è stata rivista (anche se non concordata). Un composto organico deve contenere almeno carbonio. La maggior parte dei chimici concorda che anche l'idrogeno deve essere presente. Anche così, la classificazione di alcuni composti è controversa. Le principali classi di composti organici includono (ma non sono limitate a) carboidrati, lipidi, proteine e acidi nucleici. Esempi di composti organici includono benzene, toluene, saccarosio ed eptano.
Composti Inorganici
I composti inorganici possono essere trovati in minerali e altre fonti naturali o possono essere prodotti in laboratorio. Gli esempi includono ossidi di carbonio (CO e CO2), carbonati (p. Es., CaCO3), ossalati (p. Es., BaC2O4), solfuri di carbonio (p. Es., Disolfuro di carbonio, CS2), composti carbonio-azoto (p. Es., Acido cianidrico, HCN), alogenuri di carbonio e carborani.
Composti organometallici
I composti organometallici contengono almeno un legame carbonio-metallo. Gli esempi includono piombo tetraetile, ferrocene e sale di Zeise.
Leghe di carbonio
Diverse leghe contengono carbonio, inclusi acciaio e ghisa. I metalli "puri" possono essere fusi usando il coke, che fa sì che contengano anche carbonio. Gli esempi includono alluminio, cromo e zinco.
Nomi dei composti di carbonio
Alcune classi di composti hanno nomi che ne indicano la composizione:
- Carburi: I carburi sono composti binari formati dal carbonio e da un altro elemento con un'elettronegatività inferiore. Gli esempi includono Al4C3, CaC2, SiC, TiC, WC.
- Alogenuri di carbonio: Gli alogenuri di carbonio sono costituiti da carbonio legato a un alogeno. Gli esempi includono il tetracloruro di carbonio (CCl4) e il tetraioduro di carbonio (CI4).
- Carborani: I carborani sono ammassi molecolari che contengono atomi di carbonio e boro. Un esempio è H2C2B10H10.
Proprietà dei composti di carbonio
I composti del carbonio condividono alcune caratteristiche comuni:
- La maggior parte dei composti di carbonio ha una bassa reattività a temperatura ordinaria ma può reagire vigorosamente quando viene applicato il calore. Ad esempio, la cellulosa nel legno è stabile a temperatura ambiente, ma brucia se riscaldata.
- Di conseguenza, i composti di carbonio organico sono considerati combustibili e possono essere utilizzati come combustibili. Gli esempi includono catrame, sostanze vegetali, gas naturale, petrolio e carbone. Dopo la combustione, il residuo è principalmente carbonio elementare.
- Molti composti del carbonio sono non polari e mostrano una bassa solubilità in acqua. Per questo motivo, l'acqua da sola non è sufficiente per rimuovere olio o grasso.
- I composti di carbonio e azoto spesso sono ottimi esplosivi. I legami tra gli atomi possono essere instabili e possono rilasciare una notevole energia quando vengono rotti.
- I composti contenenti carbonio e azoto hanno tipicamente un odore distinto e sgradevole come liquidi. La forma solida può essere inodore. Un esempio è il nylon, che odora fino a quando non polimerizza.
Usi dei composti di carbonio
Gli usi dei composti di carbonio sono illimitati. La vita come la conosciamo si basa sul carbonio. La maggior parte dei prodotti contiene carbonio, comprese plastica, leghe e pigmenti. I combustibili e gli alimenti sono basati sul carbonio.