Úvod do chemie

Termíny

• poločas rozpaduV procesu radioaktivního rozpadu je doba potřebná k tomu, aby na konci byla polovina původního (nerozpadlého) materiálu.
• radiometrické datováníTechnika používaná k datování materiálů porovnáváním přirozeného množství radioaktivních atomů s jejich zbývajícími produkty rozpadu.
• allotropyRůzné formy chemického prvku, které se nacházejí v jeho přirozeném stavu.

Uhlík je chemický prvek se symbolem C a atomovým číslem 6 (obsahuje 6 protonů ve svém jádře). Jako člen 14. skupiny periodické tabulky je nekovový a tetravalentní – má tedy k dispozici čtyři elektrony pro tvorbu kovalentních chemických vazeb. Nejběžnější izotop uhlíku má 6 protonů a 6 neutronů a jeho atomová hmotnost je 12,0107 amu. Jeho elektronová konfigurace v základním stavu je 1s22s22p2. Jeho oxidační stav se pohybuje od 4 do -4 a jeho elektronegativita má hodnotu 2,55 na Paulingově stupnici. Je to pevná látka a sublimuje při teplotě 3 642 °C (má nejvyšší bod sublimace ze všech prvků).

Alotropy uhlíku

Uhlík má několik alotropů neboli různých forem, ve kterých existuje. Zajímavé je, že alotropy uhlíku pokrývají širokou škálu fyzikálních vlastností: diamant je nejtvrdší přirozeně se vyskytující látkou a grafit je jednou z nejměkčích známých látek. Diamant je průhledný, je dokonalým abrazivem a může být elektrickým izolantem a tepelným vodičem. Naopak grafit je neprůhledný, velmi dobré mazivo, dobrý vodič elektřiny a tepelný izolant. Alotropy uhlíku se neomezují pouze na diamant a grafit, ale zahrnují také buckyballs (fullereny), amorfní uhlík, skelný uhlík, uhlíkovou nanopěnu, nanotrubičky a další.

Chemická reaktivita uhlíku

Sloučeniny uhlíku tvoří základ veškerého známého života na Zemi a koloběh uhlíku a dusíku zajišťuje část energie produkované Sluncem a jinými hvězdami. Uhlík má afinitu ke spojování s jinými malými atomy, včetně jiných atomů uhlíku, prostřednictvím tvorby stabilních kovalentních vazeb. Navzdory skutečnosti, že je přítomen v obrovském množství sloučenin, je uhlík ve srovnání s ostatními prvky za normálních podmínek slabě reaktivní. Při standardní teplotě a tlaku odolává oxidaci; nereaguje s kyselinou sírovou, chlorovodíkovou, chlorem ani s žádnými alkalickými kovy. Při vyšších teplotách uhlík reaguje s kyslíkem za vzniku oxidů uhlíku a s kovy za vzniku karbidů kovů.

Uhlík má schopnost vytvářet velmi dlouhé řetězce pevných a stabilních vzájemně propojených vazeb C-C. Vazby C-C jsou velmi pevné a stabilní. Tato vlastnost umožňuje uhlíku vytvářet téměř nekonečné množství sloučenin; ve skutečnosti je známo více sloučenin obsahujících uhlík než všech sloučenin ostatních chemických prvků dohromady, s výjimkou sloučenin vodíku (protože téměř všechny organické sloučeniny obsahují také vodík).

Izotopy uhlíku

Uhlík má dva stabilní, přirozeně se vyskytující izotopy: uhlík-12 a uhlík-13. Uhlík-12 tvoří 98,93 % a uhlík-13 tvoří zbývajících 1,07 %. Koncentrace 12C se v biologických materiálech dále zvyšuje, protože biochemické reakce diskriminují 13C. Identifikace uhlíku v NMR experimentech se provádí pomocí izotopu 13C. 14C je radioaktivní izotop uhlíku s poločasem rozpadu 5730 let. Jeho přirozený výskyt je velmi nízký (0,0000000001 %) a rozpadá se na 14N rozpadem beta. Používá se při radiometrickém datování k určení stáří uhlíkových vzorků (fyzikálního nebo biologického původu) až do stáří přibližně 60 000 let.

Celkem je známo 15 izotopů uhlíku a nejkratší životnost z nich má izotop 8C, který se rozpadá emisí protonů a rozpadem alfa a má poločas rozpadu 1,98739 x 10-21 sekundy. Exotický 19C vykazuje jaderné halo, což znamená, že jeho poloměr je znatelně větší, než by se dalo očekávat, kdyby bylo jádro koulí o konstantní hustotě.

.