炭素化合物

炭素化合物は、炭素を含む化学物質として定義されます。^{[1] [2]炭素}化合物は、水素を除く他のどの化学元素よりも多く存在します。有機炭素化合物は、無機炭素化合物よりもはるかに多くあります。一般に、炭素と他の元素との結合は共有結合です。炭素は四価ですが、炭素フリーラジカルとカルベンは短寿命の中間体として発生します。炭素イオンはカルボカチオンであり、カルボアニオンも短寿命です。重要な炭素特性は、長い炭素鎖と環を形成する能力としての連鎖反応です。^[3]

炭素の同素体（ダイヤモンド、グラファイト、フラーレン）の既知の無機化学は、1985 年のバックミンスターフラーレンの発見とともに開花し、新たなフラーレンとそのさまざまな誘導体が発見されました。そのような誘導体の 1 つのクラスは包接化合物で、イオンがフラーレンの全炭素殻に囲まれています。この包接は、エンドヘドラルフラーレンでは「@」記号で示されます。たとえば、バックミンスターフラーレン内に閉じ込められたリチウムイオンからなるイオンは、Li ⁺ @C ₆₀と示されます。他のイオン性化合物と同様に、この複合イオンは原理的に対イオンと対になって塩を形成できます。他の元素も、いわゆるグラファイト層間化合物に組み込まれています。

炭化物は、炭素とそれよりも電気陰性度の低い元素との二元化合物です。最も重要なものは、 Al ₄ C ₃、 B ₄ C、 CaC ₂、 Fe ₃ C、 HfC、 SiC、 TaC、 TiC、 WC です。

かつては、有機化合物は生物によってのみ生成されると考えられていました。しかし、時が経つにつれて、科学者は研究室で有機化合物を合成する方法を習得しました。有機化合物の数は膨大で、定義されている化合物の既知の数は1000万近くあります。^[4]しかし、そのような化合物の数は理論的には無限に多く可能です。定義上、有機化合物は少なくとも1つの炭素原子を含まなければなりませんが、この基準は一般的に十分であるとは見なされていません。実際、有機化合物と無機化合物の区別は最終的には慣習の問題であり、 COCl ₂、 CSCl ₂、 CS(NH ₂ ) ₂、 CO(NH ₂ ) ₂など、どちらの方法で分類されている化合物もいくつかあります。炭素が金属に結合しているため、有機化学の分野は有機金属化学に変わります。

炭素の酸化物（オキソカーボン）は数多く存在し、その中で最も一般的なものは二酸化炭素（CO ₂）と一酸化炭素（CO）である。その他のあまり知られていない酸化物としては、亜酸化炭素（C ₃ O ₂）や無水メリット酸（C ₁₂ O ₉ ）などがある。^[5]また、二酸化炭素（C ₂ O）、無水シュウ酸（C ₂ O ₄）、三酸化炭素（CO ₃）など、不安定な酸化物や見つけにくい酸化物も数多く存在する。

酸素と炭素のみからなる陰イオンであるオキソカーボン陰イオンはいくつかある。最も一般的なものは炭酸イオン(CO ₃ ²⁻ ) とシュウ酸イオン(C ₂ O ₄ ²⁻ ) である。対応する酸は、それぞれ非常に不安定な炭酸(H ₂ CO ₃ ) と非常に安定したシュウ酸(H ₂ C ₂ O ₄ ) である。これらの陰イオンは、部分的に脱プロトン化されて重炭酸イオン(HCO ₃ ⁻ ) とシュウ酸水素イオン (HC ₂ O ₄ ⁻ ) になる。他にも、アセチレンジカルボキシレート(O ₂ C–C≡C–CO ₂ ²⁻ )、メリテート(C ₁₂ O ₉ ⁶⁻ )、スクエアート(C ₄ O ₄ ²⁻ )、ロジゾン酸(C ₆ O ₆ ²⁻ )など、より珍しい炭素–酸素陰イオンが存在する。例えば、二酸化炭素は炭酸の無水物として考えることができます。

いくつかの重要な炭酸塩は、 Ag ₂ CO ₃、 BaCO ₃、 CaCO ₃、 CdCO ₃、 Ce ₂ (CO ₃ ) ₃、 CoCO ₃、 Cs ₂ CO ₃、 CuCO ₃、 FeCO ₃、 K ₂ CO ₃、 La ₂ (CO ₃ ) ₃、 Li ₂ CO ₃、 MgCO ₃、 MnCO ₃、 (NH ₄ ) ₂ CO ₃、 Na ₂ CO ₃、 NiCO ₃、 PbCO ₃、 SrCO ₃、 ZnCO ₃。

最も重要な重炭酸塩には、 NH ₄ HCO ₃、 Ca(HCO ₃ ) ₂、 KHCO ₃、 NaHCO ₃などがあります。

最も重要なシュウ酸塩には、 Ag ₂ C ₂ O ₄、 BaC ₂ O ₄、 CaC ₂ O ₄、 Ce ₂ (C ₂ O ₄ ) ₃、 K ₂ C ₂ O ₄、 Na ₂ C ₂ O ₄などがあります。

カルボニルは、遷移金属とカルボニル配位子間の配位錯体です。金属カルボニルは、中性配位子 CO と形成される錯体です。これらの錯体は共有結合しています。カルボニルの一覧は次のとおりです： Cr(CO) ₆、 Co ₂ (CO) ₈、 Fe(CO) ₅、 Mn ₂ (CO) ₁₀、 Mo(CO) ₆、 Ni(CO) ₄、 W(CO) ₆。

重要な無機炭素硫黄化合物は、硫化炭素の二硫化炭素(CS ₂ ) と硫化カルボニル(OCS) です。一硫化炭素(CS) は一酸化炭素と異なり、非常に不安定です。重要な化合物クラスは、チオ炭酸塩、チオカルバミン酸塩、ジチオカルバミン酸塩、トリチオ炭酸塩です。

小さな無機炭素窒素化合物には、シアン、シアン化水素、シアナミド、イソシアン酸、塩化シアンがあります。

パラシアノゲンはシアンの重合生成物です。塩化シアヌルは塩化シアンの三量体であり、2-シアノグアニジンはシアナミドの二量体です。

その他の種類の無機化合物には、炭素含有シアン化物、シアン酸塩、雷酸塩、チオシアン酸塩、シアナミドイオンの無機塩および錯体が含まれます。シアン化物の例としてはシアン化銅(CuCN) やシアン化カリウム(KCN) があり、シアン酸塩の例としてシアン酸カリウム(KNCO) やシアン酸銀(AgNCO) があり、雷酸塩の例として雷酸銀(AgOCN) や雷酸水銀(HgOCN) があり、チオシアン酸塩の例としてチオシアン酸カリウム(KSCN)があります。

一般的なハロゲン化炭素には、四フッ化炭素(CF ₄ )、四塩化炭素(CCl ₄ )、四臭化炭素(CBr ₄ )、四ヨウ化炭素(CI ₄ )、その他多数の炭素ハロゲン化合物があります。

カルボランは、 H ₂ C ₂ B ₁₀ H ₁₀のようなホウ素と炭素原子からなるクラスターです。

炭素を含む合金は何百種類もあります。これらの合金の中で最も一般的なのは鋼で、「炭素鋼」と呼ばれることもあります (カテゴリ: 鋼を参照)。定義により、あらゆる種類の鋼にはある程度の炭素が含まれており、すべての鉄合金にはある程度の炭素が含まれています。

鉄と炭素をベースにした他の一般的な合金としては、無煙鉄、鋳鉄、銑鉄、錬鉄などがあります。

より技術的な用途では、鉄、マンガン、炭素の合金であるシュピーゲライゼンや、コバルト、クロム、タングステン、炭素 の合金であるステライトもあります。

意図的かどうかは別として、アルミニウム、クロム、マグネシウム、モリブデン、ニオブ、トリウム、チタン、タングステン、ウラン、バナジウム、亜鉛、ジルコニウムといった一般的な金属やその合金にも、炭素の痕跡が見られます。たとえば、これらの金属の多くは、炭素の一種であるコークスで精錬され、アルミニウムとマグネシウムは炭素電極を使った電解槽で作られています。これらすべての金属に炭素がいくらか混入するのは避けられません。