תרכובות פחמן: מה שכדאי לדעת

תרכובות פחמן הן חומרים כימיים המכילים אטומי פחמן קשור לכל מרכיב אחר. יש יותר תרכובות פחמן מאשר לכל מרכיב אחר למעט מימן. מרבית המולקולות הללו הן תרכובות פחמן אורגניות (למשל בנזן, סוכרוז), אם כי קיימות גם מספר רב של תרכובות פחמן אורגניות (למשל, פחמן דו חמצני). מאפיין אחד חשוב של פחמן הוא קיאטציה, שהיא היכולת ליצור שרשראות ארוכות או פולימרים. שרשראות אלה עשויות להיות לינאריות או שיכולות ליצור טבעות.

פחמן לרוב יוצר קשרים קוולנטיים עם אטומים אחרים. הפחמן יוצר קשרים קוולנטים לא פולוטריים כאשר הוא נקשר לאטומי פחמן אחרים וקשרים קוולנטיים קוטביים עם מתכות ומטאלואידים. במקרים מסוימים, פחמן יוצר קשרים יוניים. דוגמה לכך היא קשר בין סידן לפחמן בסידן קרביד, CaC₂.

הפחמן בדרך כלל טסראוואלי (מצב חמצון של +4 או -4). עם זאת, ידוע על מצבי חמצון אחרים, כולל +3, +2, +1, 0, -1, -2 ו- -3. פחמן היה ידוע אפילו כשישה קשרים, כמו בהקסאמתיל בנזן.

למרות ששתי הדרכים העיקריות לסיווג תרכובות פחמן הן כאורגניות או אורגניות, יש כל כך הרבה תרכובות שונות שניתן לחלקן עוד יותר.

האלוטרופים הם צורות שונות של יסוד. מבחינה טכנית הם אינם תרכובות, אם כי לרוב נקראים המבנים בשם זה. אלוטרופים חשובים של פחמן כוללים פחמן אמורפי, יהלום, גרפיט, גרפן ומלאות. ידוע על allotropes אחרים. למרות שהאלוטרופים הם צורות של אותו אלמנט, יש להם תכונות שונות בהרבה זה מזה.

תרכובות אורגניות הוגדרו בעבר כתרכובת פחמנית הנוצרת באופן בלעדי על ידי אורגניזם חי. כעת ניתן לסנתז רבים מתרכובות אלה במעבדה או שנמצאו נבדלים מהאורגניזמים, ולכן ההגדרה תוקן (אם כי לא הוסכם עליה). תרכובת אורגנית חייבת להכיל לפחות פחמן. רוב הכימאים מסכימים כי גם מימן צריך להיות נוכח. אף על פי כן, ישנה מחלוקת על סיווג כמה תרכובות. כיתות עיקריות של תרכובות אורגניות כוללות (אך אינן מוגבלות ל) פחמימות, שומנים, חלבונים, ו חומצות גרעין. דוגמאות לתרכובות אורגניות כוללות בנזן, טולואן, סוכרוז והפטאן.

תרכובות אורגניות יכולות להימצא במינרלים ובמקורות טבעיים אחרים או לייצר במעבדה. דוגמאות לכך כוללות תחמוצות פחמן (CO ו- CO₂), פחמימות (למשל, CaCO₃), אוקסלטים (למשל, BaC₂O₄), פחמן גופרתי (למשל, פחמן דיסולפיד, CS₂), תרכובות פחמן חנקן (למשל מימן ציאניד, HCN), הליד פחמן וקרבורים.

תרכובות אורגנו-מתכתיות מכילות קשר אחד לפחות של פחמן-מתכת. דוגמאות לכך כוללות עופרת טטרה-מתיל, פרוקן ומלח של זייז.

כמה סגסוגות מכילות פחמןכולל פלדה וברזל יצוק. מתכות "טהורות" עשויות להתיח באמצעות קוק, מה שגורם להן להכיל גם פחמן. דוגמאות לכך כוללות אלומיניום, כרום ואבץ.

לסוגים מסוימים של תרכובות יש שמות המצביעים על הרכבם:

• קרביד: קרבידים הם תרכובות בינאריות הנוצרות על ידי פחמן ואלמנט אחר בעל אלקטרונגטיביות נמוכה יותר. דוגמאות לכך כוללות Al₄ג₃, CaC₂, SiC, TiC, WC.
• הלידות פחמן: הלידות פחמן מורכבות מפחמן המלוכד הלוגן. דוגמאות לכך כוללות פחמן טטרכלוריד (CCl₄) וטטריודיד פחמן (CI₄).
• קרבורים: קרבורנים הם אשכולות מולקולריים המכילים גם פחמן וגם אטומי בורון. דוגמא לכך היא ח₂ג₂ב₁₀ח₁₀.

תרכובות פחמן חולקות מאפיינים משותפים מסוימים:

1. לרוב תרכובות הפחמן יש תגובתיות נמוכה בטמפרטורה רגילה אך עשויות להגיב בעוצמה בעת החדרת החום. לדוגמא, תאית בעץ יציבה בטמפרטורת החדר, אך נשרפת בעת החימום.
2. כתוצאה מכך, תרכובות פחמן אורגניות נחשבות לדליקים ועשויות לשמש כדלקים. דוגמאות לכך כוללות זפת, חומר צמחי, גז טבעי, נפט ופחם. לאחר הבעירה השאריות הן בעיקר פחמן יסודי.
3. תרכובות פחמן רבות אינן קוטביות ומציגות מסיסות נמוכה במים. מסיבה זו מים בלבד אינם מספיקים בכדי להסיר שמן או שומן.
4. תרכובות של פחמן וחנקן מייצרות לרוב חומרי נפץ טובים. הקשרים בין האטומים עשויים להיות לא יציבים ועלולים לשחרר אנרגיה רבה כאשר נשברים.
5. לתרכובות המכילות פחמן וחנקן בדרך כלל יש ריח מובהק ולא נעים כמו נוזלים. הצורה המוצקה עשויה להיות ללא ריח. דוגמא לכך היא ניילון, שמריח עד שהוא מפולימר.

השימושים בתרכובות פחמן אינן מוגבלות. החיים כידוע מסתמכים על פחמן. מרבית המוצרים מכילים פחמן, כולל פלסטיק, סגסוגות ופיגמנטים. דלקים ומזונות מבוססים על פחמן.