Istnieje podział na tzw. związki organiczne i nieorganiczne. Związkami organicznymi są wszystkie związki węgla oprócz: tlenków węgla, kwasu węglowego oraz węglanów. Większość z nich jest składnikiem żywych organizmów.
Natomiast do nieorganicznych zaliczamy:
- tlenek węgla (II)
- tlenek węgla (IV)
- kwas węglowy
- węglany

Opis doświadczenia
Do probówki ustawionej na statywie wrzuć kawałek rozgniecionej polopiryny, dodaj tlenku miedzi (CuO). Probówkę zatkaj korkiem i odprowadź rurkę do drugiej probówki z wodą wapienną

Na dnie probówki ustawionej na statywie powstaje brązowy osad miedzi. Wydziela się też bezbarwny gaz, który powoduje mętnienie wody wapiennej. Jest to dwutlenek węgla. Zachodzi następująca reakcja chemiczna:
2 CuO + C -> 2 Cu + CO₂

W przyrodzie węgiel występuje w stanie wolnym i w stanie związanym. Surowce energetyczne, a więc ropa naftowa, gaz ziemny i węgle kopalne są przykładami stanu związanego a węgiel w stanie wolnym występuje w trzech odmian, zwanych odmianami alotropowymi. Odmiany te różnią się między sobą właściwościami oraz aktywnością chemiczną. Różnice we właściwościach wynikają z różnej budowy wewnętrznej (struktury) tych minerałów.

Odmianami alotropowymi węgla są diament, grafit i fulereny.

Diament:

- najtwardszy ze znanych minerałów,
- przezroczyste ciało stałe,
- bezbarwny lub błękitny, niebieski, żółty, brunatny do czarnego,
- gęstość w przybliżeniu = 3,5 g/cm³,
- ma właściwości półprzewodnikowe,
- jest dobrym przewodnikiem ciepła,
- jest trudno topliwy i odporny na działanie kwasów i zasad,
- spala się w wysokiej temperaturze.

Każdy atom węgla krysztale diamentu połączony jest z czterema innymi atomami węgla mocnymi wiązaniami kowalencyjnymi (atomowymi).

Zastosowanie diamentu:
- oszlifowany diament to brylant stosowany w jubilerstwie,
- wyrób narzędzi wiertniczych (końcówki wierteł),
- noże do cięcia twardych materiałów i szkła,
- materiały ścierne.

Grafit

- jest nieprzezroczystym, miękkim, łupliwym minerałem o stalowoszarej barwie,
- gęstość w przybliżeniu = 2,3 g/cm³,
- dobrze przewodzi prąd elektryczny i ciepło,
- jest odporny na wysoką temperaturę.

Atomy węgla w krysztale grafitu tworzą warstwy. Każdy atom w danej warstwie jest połączony z trzema innymi atomami mocnymi wiązaniami kowalencyjnymi (atomowymi).
Wiązania węgiel-węgiel między warstwami są dłuższe i znacznie słabsze niż w danej warstwie.

Zastosowanie grafitu:
- wyrób cegieł ogniotrwałych,
- grafit do ołówków,
- czarne farby, chroniące żelazo przed korozją,
- „suchy” smar, zmniejszający tarcie,
- naczynia (np. tygle) ognioodporne,
- elektrody,
- w reaktorach jądrowych.

Fulereny

Fulereny to najnowsza poznana odmiana alotropowa pierwiastka węgla. Została odkryta w 1985 roku przez dwóch uczonych amerykańskich: Roberta Curla i Richarda Smalleya oraz uczonego brytyjskiego sir Harolda Kroto. Za to odkrycie w 1996 roku otrzymali Nagrodę Nobla. W 1990 roku dwóch niemieckich badaczy W.Kratschmar i D.Huffman po raz pierwszy uzyskali syntetycznie fulereny.

Fulereny składają się z parzystej liczby atomów węgla, przy czym cząsteczka najmniejsza ma 28 atomów węgla a największa do dziś otrzymana zawiera 1500 atomów węgla.

Najczęściej występują w postaciach C₆₀ (futbolan) i C₇₀.

Właściwości fulerenów:
- C₆₀ jest półprzezroczystym, brązowym ciałem stałym o metalicznym połysku, fullereny w stanie stałym są barwy żółtej,
- gęstość = 1,65 g/cm³,
- wykazują właściwości półprzewodnikowe i nadprzewodnikowe,
- C₆₀ nie rozpuszcza się w wodzie ani eterze,
- C₆₀ rozpuszcza się w węglowodorach i czterochlorku węgla (fulereny rozpuszczane w benzenie przyjmują czerwone zabarwienie).

Atomy węgla w fulerenach łączą się z sobą, tworząc kryształy w kształcie piłek futbolowych lub tzw. nanorurek:
- nano — bo przyjmują rozmiary rzędu nanometrów,
- rurki — bo mają kształt rurek.

Podsumowanie tematu
1. Podaj w jakich postaciach występuje węgiel?
2. W jaki sposób wykryć węgiel w substancjach organicznych?
3. Podaj właściwości grafitu.

Lekcja 2 — Poznajemy — węglowodory nasycone — alkany