If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Dacă sunteţi în spatele unui filtru de web, vă rugăm să vă asiguraţi că domeniile *. kastatic.org şi *. kasandbox.org sunt deblocate.

Conţinutul principal

Carbon și hidrocarburi

Elementul carbon și de ce este esențial vieții, așa cum o știm. Proprietăți și tipuri de legături ale atomilor de carbon.

Introducere

Carbonul nu este un element greu de găsit în viața ta de zi cu zi. De exemplu, dacă ai folosit un creion, ai văzut carbon în forma lui de grafit. Similar, bricheții de cărbune pentru grătar sunt făcuți din carbon și chiar și diamantele de pe un inel sau colier sunt o formă de carbon (în acest caz, unul care a fost expus la temperaturi ridicate și la presiune mare). Ce s-ar putea să nu realizezi, totuși, este că aproximativ 18% din corpul tău (ca greutate) este, de asemenea, compus din carbon. De fapt, atomii de carbon formează scheletul multor molecule importante din organismul tău, inclusiv a proteinelor, ADN-ului, ARN-ului, glucidelor și grăsimilor.
Aceste molecule biologice complexe sunt de obicei numite macromolecule; ele sunt clasificate, de asemenea, ca molecule organice, ceea ce înseamnă pur și simplu că ele conțin atomi de carbon. (Totuși, exisă și câteva excepții de la această regulă. De exemplu, dioxidul de carbon și monoxidul de carbon conțin carbon, dar în general nu sunt considerate ca fiind organice.)

Proprietățile de legare ale carbonului

De ce este carbonul atât de popular pentru formarea scheletului moleculelor? De ce nu folosim, să zicem, oxigen în același scop? În primul rând, legăturile carbon-carbon sunt neobișnuit de puternice, astfel încât carbonul poate forma un schelet stabil și rezistent pentru o moleculă mare. Totuși, poate mai importantă este capacitatea carbonului de a forma legături covalente. Fiindcă un atom C poate forma legături covalente cu până la 4 alți atomi, este foarte potrivit să formeze scheletul de bază al unei macromolecule.
Ca analogie, imaginează-ți că te joci cu un set Tinker Toy® și ai roți conectoare cu două sau patru găuri. Dacă alegi roata conectoare cu patru găuri, o să poți face mai multe conexiuni și construi o structură complexă mai ușor decât dacă ai alege roata cu 2 găuri. Un atom de carbon se poate lega la alți patru atomi, fiind astfel asemănător cu roata cu patru găuri, pe când un atom de oxigen, care se poate lega doar la doi, este ca roata cu două găuri.
Abilitatea carbonului de a forma legături cu alți patru atomi se datorează numărului și configurației lui de electroni. Carbonul are un număr atomic de șase (asta însemnând șase protoni precum și șase electroni într-un atom neutru), deci primii doi electroni completează stratul interior, iar restul de patru electroni sunt lăsați în cel de-al doilea strat, care este stratul de valență (cel exterior). Pentru a atinge stabilitatea, carbonul trebuie să găsească alți patru electroni ca să-și umple stratul exterior, obținând un total de opt și satisfăcând astfel regula octetului. Atomii de carbon pot forma astfel legături cu până la patru alți atomi. De exemplu, în metan (CH4), carbonul formează legături covalente cu patru atomi de hidrogen. Fiecare legătură corespunde unei perechi de electroni comuni (unul de la carbon și unul de la hidrogen), oferindu-i carbonului cei opt electroni de care are nevoie pentru un strat exterior complet.

Hidrocarburile

Hidrocarburile sunt molecule organice formate în totalitate din carbon și hidrogen. Folosim deseori hidrocarburile în viața de zi cu zi: de exemplu, propanul dintr-un grătar pe gaz și butanul dintr-o brichetă sunt ambele hidrocarburi. Acestea sunt buni combustibili, deoarece legăturile lor covalente stochează o cantitate mare de energie, care e eliberată atunci când moleculele sunt arse (adică atunci când reacționează cu oxigenul pentru a forma dioxid de carbon și apă).
Imaginea unei molecule de metan, prezentând forma sa tetraedrică și unghiul de legătură de 109,5 grade pentru fiecare unitate H-C-H.
Credit imagine: OpenStax Biology.
Metanul (CH4), cea mai simplă moleculă de hidrocarbură, constă dintr-un atom de carbon central, legat de patru atomi de hidrogen. Carbonul și cei patru atomi de hidrogen formează vârfurile unei forme tridimensionale, cunoscută ca tetraedru, care are patru fețe triunghiulare; din această cauză, se spune că metanul are o geometrie tetraedrică. Mai general, atunci când un atom de carbon este legat la alți patru atomi, molecula (sau o parte a moleculei) va lua o formă tetraedrică similară cu cea a metanului. Acest lucru se întâmplă deoarece perechile de electroni care formează legăturile se resping reciproc, iar forma care maximizează distanța dintre ele este un tetraedru.
Majoritatea macromoleculelor nu sunt clasificate ca hidrocarburi, deoarece conțin și alți atomi pe lângă cei de carbon și hidrogen, cum ar fi azot, oxigen și fosfor. Totuși, lanțurile de carbon cu atomi de hidrogen atașați reprezintă o componentă structurală esențială a celor mai multe macromolecule (chiar dacă sunt presărate cu alți atomi), așadar, înțelegerea proprietăților hidrocarburilor este importantă pentru a înțelege comportamentul macromoleculelor.