Uhlík

Vydáno: 27. 03. 2013; Poslední aktualizace: 21. 02. 2023; Autor: Zdeněk Moravec


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 číslo6Počet stabilních izotopů2
Atomová hmotnost12,011Elektronová konfigurace[He] 2s2 2p2
Teplota tání [°C]3642Teplota varu [°C]4027
Elektronegativita2,5Hustota [kg.m-3]2270 (grafit)3513 (diamant)
Vlastnosti uhlíku

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.

IzotopZastoupení na ZemiPoločas rozpadu
12C98,94 %stabilní
13C1,06 %stabilní
14C1 ppt5730 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).

Pyrolytický grafit. Zdroj: Splarka/Commons

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
Spin1/2
Zastoupení v přírodě [%]1,07
Rozsah chemických posunů250 ppm, -20 až 230 ppm
Citlivost vzhledem k 1H0,01591
Rezonanční frekvence v poli 1 T10,7084

Odkazy

  1. Uhlík na české wikipedii
  2. Uhlík na anglické wikipedii
  3. Časopis Carbon
  4. Carbon nanomaterials for high-performance supercapacitors
  5. 13C NMR
  6. INADEQUATE NMR
  7. Information-Rich 13C Satellites
  8. Tisíc let se Sluncem
  9. 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

14 Replies to “Uhlík”

Leave a Reply

Tato stránka používá Akismet k omezení spamu. Podívejte se, jak vaše data z komentářů zpracováváme..