Uhlík, C, je prvek, který je základní součástí organických sloučenin. Má velkou schopnost vytvářet lineární řetězce a cykly, díky tomu je variabilita jeho sloučenin vysoká. Průmyslově se jedná o velice důležitý prvek, protože některé jeho sloučeniny jsou základní energetické suroviny (ropa, uhlí, plyn). V současné době známe zhruba 10 miliónů sloučenin uhlíku.
| Atomové číslo | 6 | Počet stabilních izotopů | 2 |
| Atomová hmotnost | 12,011 | Elektronová konfigurace | [He] 2s2 2p2 |
| Teplota tání [°C] | 3642 | Teplota varu [°C] | 4027 |
| Elektronegativita | 2,5 | Hustota [kg.m-3] | 2270 (grafit)3513 (diamant) |
Elementární uhlík vytváří řadu alotropů. Nejběžnější jsou diaman a grafit, ale známe i fullereny, uhlíkové nanotrubice a grafen a jeho deriváty.
Izotopy
Na Zemi je uhlík tvořen převážně směsí dvou izotopů 12C a 13C, ve svrchních vrstvách atmosféry vzniká radioaktivní izotop 14C, který postupně klesá na zemský povrch a v malých koncentracích je přítomen v živých organismech.
| Izotop | Zastoupení na Zemi | Poločas rozpadu |
| 12C | 98,94 % | stabilní |
| 13C | 1,06 % | stabilní |
| 14C | 1 ppt | 5730 let |
11C
Uhlík-11 se připravuje buď ostřelováním boru deuterony:
$$^{10}_{\ \ 5}\textrm{B}\ +\ ^2_1\textrm{H}\ \rightarrow\ ^{11}_{\ \ 6}\textrm{C}\ +\ ^1_0\textrm{n} \\
^{11}_{\ \ 5}\textrm{B}\ +\ ^2_1\textrm{H}\ \rightarrow\ ^{11}_{\ \ 6}\textrm{C}\ +\ 2\ ^1_0\textrm{n}$$
nebo plynného dusíku urychlenými protony:
$$^{14}_{\ \ 7}\textrm{N}\ +\ ^1_1\textrm{p}\ \rightarrow\ ^{11}_{\ \ 6}\textrm{C}\ +\ ^4_2\alpha$$
Rozpadá se mechanismem β+ za vzniku jádra 11B. Poločas rozpadu je 20,38 minut:[9]
$$^{11}_{\ \ 6}\textrm{C}\ \rightarrow\ ^{11}_{\ \ 5}\textrm{B}\ +\ ^{\ \ 0}_{-1}\beta$$
Využívá se pro radioizotopové značení molekul v pozitronové emisní tomografii.
14C
Přítomnost uhlíku-14 v živých organismech umožňuje datovat stáří dřevěných (obecněji organických) předmětů pomocí radioizotopové metody.[8] 14C vzniká srážkou neutronu s jádrem dusíku 14N.[9]
$$^{14}_{\ \ 7}\textrm{N}\ +\ ^1_0\textrm{n}\ \rightarrow\ ^{14}_{\ \ 6}\textrm{C}\ +\ ^1_1\textrm{p}$$
Rozpad jádra probíhá mechanismem β–, poločas rozpadu je asi 5730 let.
$$\ ^{14}_{\ \ 6}\textrm{C}\ \rightarrow\ ^{14}_{\ \ 7}\textrm{C}\ +\ ^{\ \ \ 0}_{-1}\textrm{e}^-$$
Chemické vlastnosti
Uhlík vytváří nejčastěji sloučeniny v oxidačním stavu IV, ale známe i sloučeniny s uhlíkem v oxidačním stavu II, např. karbeny a oxid uhelnatý. Je schopen vytvářet dlouhé řetězce C-C.
Oxidy
Dva hlavní oxidy jsou uhličitý (CO2) a uhelnatý (CO).
Pyrolytický uhlík a grafit
Pyrolytický uhlík vzniká termickým rozkladem uhlovodíku na žhaveném substrátu (1100 °C). Jde o velmi silné diamagnetikum.
Pyrolytický grafit vzniká metodou CVD za vyšších teplot než pyrolytický uhlík (1700–2300 °C).
NMR
Izotop 13C má v NMR nižší citlivost než 1H, ale podstatně větší rozsah chemických posunů. Zastoupení v přírodě je pouze 1,1 %, proto měření probíhá nejčastěji s protonovým dekaplerem, aby nedocházelo k dalšímu snižování intenzity píků spin-spinovou interakcí. Velmi často se pro zvýšení citlivosti využívá techniky přenosu polarizace z protonů (např. INEPT). Pokud jsou na uhlík vázány protony, lze využít 2D techniky, např. HSQC a HMBC. U velmi koncetrovaných vzorků lze měřit i interakce mezi jádry 13C, technika se nazývá INADEQUATE.
Důležitou informaci nesou i uhlíkové satelity v 1H NMR, jejich přítomnost je dána štěpením protonového signálu uhlíkem 13C. Vzhledem k zastoupení jádra 13C pozorujeme pouze satelity, většina vzorku je tvořena izotopomerem obsahujícím 12C, který štěpení nezpůsobuje.[7]
| 13C | |
|---|---|
| Spin | 1/2 |
| Zastoupení v přírodě [%] | 1,07 |
| Rozsah chemických posunů | 250 ppm, -20 až 230 ppm |
| Citlivost vzhledem k 1H | 0,01591 |
| Rezonanční frekvence v poli 1 T | 10,7084 |
Odkazy
- Uhlík na české wikipedii
- Uhlík na anglické wikipedii
- Časopis Carbon
- Carbon nanomaterials for high-performance supercapacitors
- 13C NMR
- INADEQUATE NMR
- Information-Rich 13C Satellites
- Tisíc let se Sluncem
- HÁLA, Jiří. Radioaktivní izotopy. Tišnov: Sursum, 2013. ISBN 978-80-7323-248-1.
Navigace
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 |
| H | He | ||||||||||||||||
| Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | ||||||||||
| Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | ||||||||||
| K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr |
| Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe |
| Cs | Ba | La | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn |
| Fr | Ra | Ac | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og |
| Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu |
| Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr |
15 Replies to “Uhlík”