Ugljenik – svojstva i primena

Ugljenik — element koji si upoznao davno pre hemije

Gde si! Stigla nam je i najvažnija tema u hemiji — vreme je da pređemo ugljenik za 8. razred. Zvuči komplikovano kad pogledaš sve one kristalne rešetke i okside u knjizi? Veruj mi, kad jednom uhvatiš foru, ovo je lakše nego što misliš.

Ugljenik je bukvalno svuda oko nas — od onog mekanog dela u olovci kojom pišeš, pa sve do najskupljeg dijamanta, a verovao ili ne, ima ga i u tebi! Hajde da ga razložimo na proste delove da možeš lagano da dobiješ peticu.

Alotropske modifikacije — isto pakovanje, drugačiji izgled

Ovo je omiljeno pitanje nastavnika! Alotropska modifikacija ti je fensi reč koja znači: isti hemijski element u prirodi se javlja u potpuno drugačijim oblicima. Razlikuju se samo po tome kako su atomi međusobno raspoređeni u prostoru.

Kod ugljenika imamo četiri glavna lika — i svi su izgrađeni od isključivo čistog ugljenika:

Grafit — crna mina tvoje olovke

Grafit je potpuna suprotnost dijamantu! Mekan je, crn, sjajan i odlično provodi toplotu i struju. Isti element, potpuno drugačija osobina — jer su atomi ugljenika raspoređeni u slojeve u obliku heksagona (pčelinje saće).

Svaki atom koristi samo 3 od svojih 4 elektrona za veze unutar sloja. Četvrti elektron je slobodan i kreće se između slojeva — baš kao elektroni kod metala. Zato grafit, kao jedini nemetal, provodi struju!

Oksidi ugljenika — tiha opasnost i mehurići

Kada ugljenik sagoreva (reaguje sa kiseonikom), može da napravi dva potpuno različita gasa — u zavisnosti od toga koliko mu kiseonika daš u reakciji. Oba su oksidi ugljenika, ali su im osobine suprotne kao noć i dan.

Razlika je u valenci ugljenika — CO ima manji broj kiseonikovih atoma, CO₂ ima veći. Više o oksidima i njihovoj podeli.

CO₂ — ugljenik(IV)-oksid (gas koji poznajemo)

Ugljenik(IV)-oksid nastaje kada vatra ima dovoljno kiseonika — potpuno sagorevanje:

Njega i mi izdišemo, a biljke ga koriste za fotosintezu. Ovaj gas je teži od vazduha i ne podržava gorenje. Njegova primena zavisi baš od tih osobina:

• Aparati za gašenje požara — CO₂ je teži od vazduha pa "padne" direktno na vatru i uguši je lišavajući je kiseonika
• Suvi led — čvrsti CO₂ koji se koristi za pravljenje one kul magle u filmovima i za prevoz lekova
• Gazirani sokovi — CO₂ se rastvara u piću pod pritiskom i pravi mehurće
• Efekat staklene bašte — povećana količina CO₂ u atmosferi zadržava toplotu i zagreva planetu

CO₂ je kiseli oksid — reaguje sa vodom i gradi kiselinu (vidimo u sledećoj sekciji). Više o oksidima nemetala i kiselinama.

Bratov savet — kako da zapamtiš koji oksid je koji

Nastavnici uvek pitaju razliku između CO i CO₂. Evo tajnog recepta za pamćenje:

Još jedna dobra caka — gledaj valencu (broj u zagradi)!

• $\text{CO}$ → ugljenik(II)-oksid → valenca II → manje kiseonika → otrovan, neutralan
• $\text{CO}_2$ → ugljenik(IV)-oksid → valenca IV → više kiseonika → bezopasan u normalnim količinama, kiseli oksid

Rešeni zadatak 1 — izjednačavanje hemijske jednačine

Zadatak: Izjednači sledeću hemijsku jednačinu reakcije redukcije gvožđa ugljenikom:

Rezime — sve što moraš znati o ugljeniku

• Položaj: II perioda, IVa grupa, 4 valentna elektrona, biogeni element (18% u telu)
• Dijamant: Najtvrđi, providan, izolator, brilijant, zubarska bušilica
• Grafit: Mekan, crn, provodnik struje, mine olovaka, elektrode
• Fuleren: Fudbalska lopta (C₆₀), 1985. godine, lubrikant
• Amorfni: Čađ, koks, aktivni ugalj (filteri, medicina)
• CO: Nepotpuno sagorevanje, otrovan, bez mirisa, neutralni oksid
• CO₂: Potpuno sagorevanje, teži od vazduha, kiseli oksid, suvi led
• H₂CO₃:  $\text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_2\text{CO}_3$ — slaba kiselina, nestabilna, gazirani sokovi