Uhlík

, carboneum, značka C – chemický prvek IV. A skupiny periodického systému. Protonové číslo 6, relativní atomová hmotnost 12,011, teplota tání kolem 3 500 °C, hustota 3,515•103 kg•m–3 (diamant), 2,266•103 kg•m–3 (tuha). Znám od starověku. V přírodě se nachází v modifikacích tuhy a diamantu. Je nezbytným biogenním prvkem. Ve sloučeninách má oxidační čísla II a IV. V ovzduší a ve vodách se vyskytuje vázaný v oxidu uhličitém, dále je vázán v uhlí, ropě, zemním plynu a ve všech organických látkách. Vytváří kolem dvaceti miliónů organických sloučenin; počtem svých sloučenin patří uhlík mezi prvky na druhé místo (za vodík).

Ottův slovník naučný: Uhlík

Uhlík a jeho sloučeniny. Chem. značka C (carboneum). Atomová váha C = 12.00 (O =16). Uhlík jest typickým prvkem IV. gruppy v druhé řadě periodické soustavy Mendělejeva. Nejvyšší sloučeniny vodíkové od něho odvozené odpovídají formě RH4 nejvyšší oxyd RO2. Uhlík jest znám ve třech modifikacích allotropických, a to jako démant, tuha, uhlí beztvaré. Molekula uhlíku skládá se z velikého množství atomů. V tuze předpokládáme větší počet atomů nežli v uhlí beztvarém a za nejsložitější pokládá se molekula démantu. Že počet atomů v molekule uhlíku jest značný, dedukujeme z oxydace amorfního uhlíku manganistanem draselnatým, čímž dospíváme k mellitové kyselině C6(CO2H)6, kteráž obsahuje dvanáct atomů uhlíku v molekule. Složitější molekulu tuhy (grafitu), démantu odvozujeme jednak z větší resistentnosti jejich oproti různým agenciím a z větší spec. hmoty a spec. tepla jejich. Uhlík vypařuje se teprve v žáru elektrického oblouku asi při 3500°. Různé modifikace uhlíku nerozpouštějí se v obyčejných rozpustidlech. V roztopeném železe rozpouští se uhlík za tvoření se karbidu železa dosti značně a při chladnutí z části vylučuje se jako tuha, mnohdy jako démant (umělé démanty Moissanovy). Slučivost uhlíku za obyčejné temperatury jest nepatrná. Přímo za obyčejné teploty slučuje se jedině s fluorem na tetrafluorid uhlíku CF4. Při zvýšené temperatuře stoupá reaktivnost uhlíku. S vodíkem v žáru elektrického oblouku slučuje se přímo v acetylen C2H2. S kyslíkem při vyšší teplotě podle nadbytku uhlíku neb kyslíku poskytuje kysličník uhelnatý CO neb kysličník uhličitý CO2. Na slučivosti uhlíku s kyslíkem závisí jeho mohutnost redukční, kteréž užito jest k isolování kovů z různých sloučenin kyslíkatých. Vedením par síry přes rozžhavené uhlí povstává sírouhlík CS2. Kovy s uhlíkem při vysokých temperaturách slučují se v karbidy. Křemík a uhlík v žáru elektrické peci resultují silicid t. zv. carborundum CSi. Ve sloučeninách vyskytuje se uhlík v přírodě ponejvíce jako kysličník uhličitý a ve formě uhličitanů. V rozmanitých sloučeninách jest podstatnou součástkou t. zv. látek organických, které se vyskytují v organismu živočišném a rostlinném. Rada sloučenin uhlíku převyšuje daleko počet veškerých sloučenin prvkův ostatních. Sloučeniny uhlíku s vodíkem zovou se uhlovodíky, z nichž nejjednoduššími jsou: methan CH4, aethylen C2H4, acetylen C2H2. Sloučeninami uhlíku s kyslíkem jsou kysličník uhelnatý a kysličník uhličitý. Uhelnatý kysličník CO tvoří se při nedokonalém hoření uhlíku, redukcí kysličníku uhličitého žhavým uhlím. Reakci tuto lze mnohdy dobře sledovati při hoření uhlí. Při rozžhaveném uhlí na rošti spaluje se dolejší vrstva, kteráž prvá přichází do styku se vzduchem, v kysličník uhličitý, týž pak procházeje vrstvou žhavého uhlí redukuje se v kysličník uhelnatý, kterýž na povrchu rozžhavené vrstvy, kde přichází opět do styku se vzduchem, se zapaluje a charakteristickým modravým plamenem hoří. Na téže reakci zakládá se též výroba a topení t. zv. plynem generátorovým, který v podstatě jest kysličník uhelnatý. Tvoření kysličníku uhelnatého ponejprv pozorováno bylo r. 1776 při žíhání kysličníku zinečnatého s uhlím. Smíšen s vodíkem povstává, vede-li se pára vodní přes rozžhavené uhlí. Směsi této pod názvem plyn vodní používá se hojně k topení; při Auerových hořácích přímo, jinak po karburování i k osvětlováni. Řada sloučenin organických, na př. kyselina mravenčí, kyselina šťavelová působením koncentrované kyseliny sírové za tepla vyvíjí kysličník uhelnatý. Prvá kyselina neb soli její poskytují čistý kysličník uhelnatý, při druhé uvolňuje se směs kysličníku uhelnatého a uhličitého, kterýž lze odstraniti prováděním směsi plynů koncentrovaným louhem draselnatým. Též zahříváním ferrokyanidu draselnatého s koncentrovanou kyselinou sírovou nabýváme kysličníku uhelnatého. Kysličník uhelnatý jest plyn bezbarvý, bez zápachu, hust. = 0.967, nesnadno ztužitelný, kritická temperatura jeho jest při – 140°, kritický tlak = 35.5 atmosférám. Vře při – 190°, tuhne při – 211°. Ve vodě jest velmi málo rozpustný. Pohlcuje se snadno v chlórovodíkovém aneb ammoniakálném roztoku chlóridu mědičnatého. Zapálen shoří na vzduchu modravým plamenem v kysličník uhličitý. Jest silným redukčním činidlem, již za obyčejné temperatury vylučuje z ammoniakalného roztoku stříbra kovové stříbro, z roztoku chlóridu palladnatého kovové palladium. Za vyšší teploty redukuje kysličníky kovů v kov. S chlórem slučuje se přímo na karbonylchlórid čili fosgen COCl2, se sírou při vyšší teplotě na karbonylsulfid COS. S niklem, železem poskytuje karbonyly Ni(CO)4, Fe(CO)5. Jest plyn velmi jedovatý. Vyvolává i vzduchem silně zředěný příznaky otravy, ve větším množství způsobuje smrť. Otravy kysličníkem uhelnatým nastávají při vdechování vzduchu, jemuž přimíšen jest svítiplyn anebo plyny vzniklé neúplným spalováním topiva při ucpání odváděcích rour z kamen. Kysličník uhelnatý slučuje se s haemoglobinem krve na karboxyhaemoglobin, kterýž neslučuje se již s kyslíkem vzdušným v oxyhaemoglobin. Krev při otravě kysličníkem uhelnatým poskytuje charakteristické spektrum absorpční. Uhličitý kysličník CO2. Byl již znám van Helmontovi (1577 – 1644), jenž názvem gas sylvestre aneb gas carbonum označoval plyn, který vzniká při kvašení vína, při spalování uhlí, při rozkladu vápence octem, který jest obsažen v četných vodách minerálných atd. Black r. 1757 dokázal jeho schopnost slučovati se s alkaliemi a vápnem a nazval jej aër fixus. Ve vzduchu dokázán byl kysličník uhličitý Bergmannem a nazván acidum aëreum. Složení kysličníku uhličitého dokázal Lavoisier. Kysličník uhličitý jest v přírodě hojně rozšířen. V atmosférickém vzduchu obsaženo jest asi 0.04% podle objemu kysličníku uhličitého. Vzniká dýcháním živočichů, hořením uhlí, dříví, tlením i hnitím látek ústrojných, uhlíkatých. Mnohdy, zvláště v krajinách vulkanických, vyvěrá ve značném množství ze země, tak na př.: ve »grotta caninæ u Neapole, v Porýnsku, na mnohých místech na rozhraní Opavska a Moravy. Nalézá se rozpuštěn ve vodách přirozených. Četné vody minerálné (kyselky) obsahují značné množství kysličníku uhličitého. V uhlí kamenném a různých horninách nalézají se dutiny naplněné kysličníkem uhličitým. Hojněji ještě vyskytuje se v přírodě kysličník uhličitý v podobě uhličitanu jmenovitě jakožto uhličitan vápenatý CaCO3, magnesit MgCO3, dolomit CaMg(CO3)2, strontianit SrCO3, witherit BaCO3. Povstává při spalování uhlíku v nadbytečném kyslíku, rozkladem četných uhličitanů (nejobyčejněji uhličitanu vápenatého) buď žíháním anebo vhodnými kyselinami. Kysličník uhličitý jest plyn bezbarvý, zápachu poněkud štiplavého, chuti nakyslé, hust. = 1.529, jest tedy asi 1.5kráte těžší vzduchu. Tlakem a ochlazením lze kysličník uhličitý zkapalniti v tekutinu bezbarvou vroucí při – 78°, která za obyčejné teploty a tlaku prudce se vypařuje a při tom značné množství tepla utajuje. Vypouští-li se z nádoby tekutý kysličník uhličitý tenkým proudem, vypařuje se částečně a odnímá části zbylé tolik tepla, že tato přemění se v pevný kysličník uhličitý. Pevný kysličník jest látka bílá, sněhu podobná, taje při – 65°. Smíšením pevného kysličníku uhličitého s aetherem lze dosíci temperatury až – 80°, při evakuování urychlením vypařování směsi až pod – 100°. Kysličník uhličitý nehoří aniž hoření podporuje, doporučuje se k hašeni menších požárů. Ve vodě se rozpouští: a to při obyčejné temperatuře a tlaku 1 objem vody pohlcuje příbližně 1 objem kysličníku uhličitého. Pod zvýšeným tlakem lze v tekutinách rozpustiti více kysličníku uhličitého, uvolněním tlaku uniká opět přebytek plynu za šuměni, jak to lze pozorovati u přirozených vod uhličitých i jiných osvěžujících nápojích umělých, kteréž za vyššího tlaku bývají nasyceny kysličníkem uhličitým. Ve vodném roztoku kysličníku uhličitého předpokládáme velmi nestálou kyselinu uhličitou H2CO3, od této odvozeny jsou četné uhličitany či karbonáty, a to buď normálné nebo kyselé (dvojuhličitany, bikarbonáty). Uhličitany jsou téměř všechny ve vodě nerozpustné, výjimku činí uhličitany alkalií. Všechny uhličitany rozkládají se kyselinami, uvolněná kyselina uhličitá však ihned se rozpadává ve vodu a kysličník uhličitý, na nějž často bývá nesprávně přenášeno jméno kyseliny uhličité. Kysličník uhličitý již v několika procentech ve vzduchu znesnadňuje dýchání, při 15% zaviňuje těžké otravy. Na sliznici, kůži působí dráždivě. Kysličník uhličitý poznáváme tím, že voda vápenná nebo barytová kalí se jim mlékovitě od vyloučeného normálného uhličitanu vápenatého nebo barnatého, kteréžto soli v nadbytku kysličníku uhličitého opět jako dvojuhličitany se rozpouštějí. Poslední dobou upotřebení kysličníku uhličitého, jmenovitě když zaveden byl do obchodu zkapalněný plyn, značně vzrostlo. Používá se ho k výrobě šumivých nápojů, ku přetlačování piva ze sudů ve sklepích do místností výše položených, při čemž zároveň pivo udržuje v roztoku déle kyselinu uhličitou, k výrobě ledu, v lékařství k lázním uhličitým. Z prvků hálových uhlík slučuje se přímo jedině s fluorem. Sloučeniny chlóru, brómu, iódu s uhlíkem připravujeme obyčejně z uhlovodíků. Ze sloučenin těchto nejobecnější jest chlórid uhličitý či tetrachlórid uhlíku CCl4, kterého nabýváme buď substitucí vodíků v methanu chlórem aneb působením chlóru v sírouhlík. Jest tekutina bezbarvá, zápachu po chlóroformu, hust. = 1.6, vře při 76°. Používá se ho jakožto rozpustidla k různým extrakcím. Z dalších jednodušších sloučenin uhlíku s jinými prvky lze uvésti se sírou sirouhlík, s dusíkem kyan, s dusíkem a vodíkem kyanovodík. B. Kužma. Uhlík v chemii organické. Sloučeniny uhlíku s prvky jinými nazýváme (až na několik nejjednodušších, jako CO, CO2, CS2, COS) sloučeninami organickými z důvodů, o nichž poučují dějiny chemie. Sloučenin organických, přirozených a umělých, známe dnes již množství ohromné, totiž hodně přes 100.000. Číslo to daleko převyšuje počet veškerých posud poznaných sloučenin ostatních prvků dohromady a jest způsobeno zvláštní schopností atomů uhlíku vázati se v řetězce, které často dosahují značné délky. Řetězce ty mohou býti otevřené (a to rovné nebo rozvětvené) nebo kruhově uzavřené. Dík této schopnosti atomův uhlíkových vytvářeti řetězce různého uspořádání může uhlík poskytnouti již s jediným jiným prvkem méněmocným veliké množství kombinací. Tak na př. známe již několik set sloučenin rozmanitých, jež vesměs obsahují v molekule své jen uhlík a vodík (t. zv. uhlovodíky), jež však liší se od sebe číselným poměrem a uspořádáním atomů řečených dvou prvků. Snadnost, s jakou atomy uhlíku v řetězce se sestupují, jest toho příčinou, že právě u sloučenin organických (t. j. uhlíkatých) známe největší počet t. zv. isomerů, sloučenin to, jež mají stejné složení procentové i veličinu molekulovou, ale různé vlastnosti fysikálné a chemické. Tak na př. seznáno bylo až do r. 1900 neméně než 82 isomerů odpovídajících vesměs vzorci empirickému C9H10O3, ale odchylných od sebe uspořádáním atomů v molekule. Řetězení uhlíku má as příčinu svou v tom, že atomy uhlíku navzájem silněji se přitahují nežli stejnojmené atomy prvků jiných. Poukazuje na to zejména okolnost, že t. zv. objem atomový (podíl z veličiny atomové a váhy specifické) jest u uhlíku menší než u kteréhokoli prvku jiného, na př. u démantové modifikace uhlíku = 3.3. Jinými slovy: u žádného prvku jiného není v daném objemu stěsnáno tolik atomů jako právě u uhlíku, což souhlasí dobře s předpokladem větší vzájemné přitažlivosti atomův uhlíkových. Vot. Uhlík asymmetrický slove v organické chemii atom uhlíkový, jehož čtyři valence nasyceny jsou substituenty (atomy příp. skupinami atomovými) vesměs rozdílnými, jako tomu jest na př. v molekule kyseliny mléčné (a = oxypropionové). Sloučeniny organické mohou v molekule své obsahovati jeden neb i několik takových uhlíkův asymmetrických. Tyto jsou příčinou isomerie četných sloučenin organických o stejném vzorci empirickém i stejné struktuře molekuly. Atomy uhlíku o valencích nasycených představujeme si podle van t'Hoffa a Le Bela uprostřed čtyrstěnu, jehož rohy tvoří ony rozličné substituenty (R, R2.....). Pokud nejsou substituenty všechny rozdílné, tedy na př. u látek typu C (R1, R2, R3, R3), C (R1, R1, R2, R3) a pod., nemůže vzniknouti isomerie, jakmile však máme veškeré čtyři substituenty různé, tudíž C (R1, R2, R3, R4), jsou možny 2 isomery prostorové, totiž útvary, jichž nelze přivésti ke krytí a jež mají se k sobě jako předmět k obrazu v zrcadle. A vskutku známe u látek, jež mají jeden uhlík asymmetrický, vždy dvě formy isomerné, lišící se od sebe jen opačným znaménkem optické aktivity (t. j. mohutnosti odchylovati rovinu světla polarisovaného). Jeť pravě uhlík assymmetrický podle van t'Hoffa nositelem optické aktivity; není-li ho v molekule, látka v roztoku neotáčí rovinu světla polarisovaného, jakož na nesčetných příkladech lze dokázati. Je-li v molekule nějaké uhlíkův asymmetrických více než jeden, jest i počet možných isomerů větší. Theorie asymmetrického uhlíku stala se základem, na němž zbudován zvláštní oddíl chemie, chemie prostorová čili stereochemie. Tato opírá se o nauku strukturní a studuje podrobně veškeré zjevy chemické a fysikálné, jež dlužno vykládati prostorovým uspořádáním atomů v molekule. Populární výklad o vzniku stereochemie viz v »Živě« r. 1905, další podrobnosti v »Organické chemiį prof. dra B. Raýmana (1895). Velmi bohata jest literatura cizojazyčná. Vot.

Související hesla