Výskyt uhlíku v prírode Uhlík se vyskytuje v prírode v elementárním stavu zejména jako diamant a grafit Vázaný uhlík je zastoupen v anorganické formě v podobě zejména uhličitanů (vápenec CaC03, magnezit MgC03 a dolomit CaMgtCO,)^ a oxidu uhličitého. V organických sloučeninách je uhHk bohatě zastoupen a mezi nejrozšířenější patří např. fytomasa a uhlí, které je stále významným zdrojem energie. Dalšími látkami s vysokým obsahem uhlíku je ropa a zemní plyn. Uhlík je součástí biogeochemického cyklu, který zahrnuje mimo jiné fotosyntézu. Rovnovážný stav mezi minerafizací a fotosyntézou zajišťuje téměř stabilní koncentraci C02 v atmosféře (0,02-0,04 % obj.). Na Zemi také existuje dynamická rovnováha mezi nerozpuštěným CaC03 v oceánech, rozpuštěným C02 v mořských vodách a atmosferickým C02: C02+2H20-> HCOj + HO -> HC 2 C02 AH = -565 kJ.moľ1 Oxid uhelnatý je prudce jedovatý, ve vodě málo rozpustný a je těžko zkapalnitelný. Vazba C-O je velmi pevná, molekula má malý dipólový moment Větší elektronegatřvita kyslíku je eliminována vznikem parciálního náboje při vytvoření dativní vazby. Oxid uhelnatý se připravuje působením koncentrované kyseliny sírové na kyselinu mravenčí: ( } HCOOH + Í^SO, -» CO + H30*+HS04- Oxid uhelnatý je součástí plynných paliv (svítiplyn, vodní plyn, generátorový plyn). Do ovzduší se uvolňuje nedokonalým spalováním. Je nežádoucí složkou výfukových a kouřových plynů. CO tvoří s rozptýlenými těžkými kovy komplexy, karbonyly, např. se železem poskytuje pentakarbonyl železa [Fe(CO)5]. Oxid uhličitý C02 je bezbarvý, nehořlavý plyn, slabé nakyslého zápachu, je těžší než vzduch (p - 1,9768 g.cm*' při 0°C). Hromadí se ve spodních částech uzavřených prostorů (např. kvasné sklepy, hluboké studny, stáje). Oxid uhličitý není toxický, je nedychatehrý. Snadno se rozpouští ve vodě (1 objem vody rozpustí 171 objemů C02při 0°C a 101 kPa). Lehce se zkapalní na bezbarvou kapalinu. Jeho kritická teplota je 3TC a kritický tlak 7,15 MPa. Tub v C02 (suchý led) je bílá látka, která za normálního tlaku sublimuje (netaje). Uhlík (Carboneum) C Vlastnosti Čistý uhlík známe ve dvou základních alotropických modifikacích, jako diamant a tuhu (grafit). Diamant je neobyčejně tvrdý (používá se k opracovat í ocelových předmětů a k řezání skla), tvoří bezbarvé nebo slabě zabarvené krystaly s krychlovou soustavou. V krystalové mřížce jsou jednotlivé atomy spojeny kovalentm vazbou. Centrální atom je obklopen čtyřmi dalšími atomy uhlíku, které směřují do vrcholů pravidelného tetraedru (obr. 11.5). Diamant nevede elektrický proud, neboť všechny elektrony jsou pevně vázány vazbou C-C. Po stránce chemické je velmi odolný, nereaguje ani s kyselinami (pokud nemají silné oxidační vlastnosti)ani se zásadami. Při vysokých teplotách (800°C) a v atmosféře kyslíku shoří naC02. Silným zahříváním (1800-2000°C) za nepřístupu vzduchu se diamant mění na grafit. Grafit krystaluje v šesterečné soustavě, má menší tvrdost, slabý kovový lesk, snadno se otírá a na omak je mastný. Dobře vede elektrický proud. Uvedené vlastnosti jsou důsledkem vrstevnaté mřížky (obr. 11.6). Ve vrstvách jsou atomy uspořádány v pravidelných šestiúhelnících se systémem delokalizovaných 7c-orbitalů. Obrázek 11.5: Mřížka diamantu (ak=0,356 um) Diamant a tuha jsou krystalické formy. Černý uhlík je podstatou látek, které vznikají nedokonalým spalováním (saze) nebo rozkladem organických sloučenin při vyšší teplotě (koks, dřevěné uhlí). Vlastnosti těchto látek jsou do jisté míry ovlivněny výchozí surovinou a způsobem přeměny. I když se hovoří o amorfním uhlíku, ve skutečnosti jde o mikroskopické formy grafitu. Některé formy uhlíku se značně rozptýlenou strukturou se vyznačují velkou adsorpční schopností (aktivní uhlí). Černý uhlík za zvýšené m^ Obrázek 11.6: Mřížka grafitu (a = 0,246 nm, c~ 0,669 nra) teploty snadno reaguje s kyslíkem za uvolnění energie. Reakce je silně exotermická: C + O, -> CO, AH = -394 kJ.moľ1