Węglowce

• Węgiel

Węgiel występuje w przyrodzie w stanie wolnym oraz w postaci związków organicznych i nieorganicznych. W stanie wolnym węgiel występuje w postaci dwóch minerałów, które odmianami alotropowymi tego pierwiastka – grafitu i diamentu.

Grafit to miękkie, czarne i łupliwe ciało stałe, które dobrze przewodzi ciepło i prąd elektryczny. Jest odporny na działanie wysokich temperatur.

Diament to najtwardszy minerał spotykany w przyrodzie. Czysty diament jest bezbarwny, a jego gęstość wynosi 3,5 g/cm³. Nie przewodzi on prądu elektrycznego.  Na skutek ogrzewania diamentu bez dostępu powietrza otrzymuje się grafit.

Do nieorganicznych związków węgla zaliczamy między innymi: tlenek węgla, dwutlenek węgla, węglany, węgliki.

Tlenek węgla(II), CO, (czad) powstaje w wyniku spalania węgla przy niedostatecznym dopływie tlenu. Jest on bezbarwnym, bezwonnym i silnie trującym gazem (wiąże się z hemoglobiną krwi i uniemożliwia jej przyłączanie tlenu). Ma nieco mniejszą gęstość od powietrza i słabo rozpuszcza się w wodzie. Tlenek węgla jest palny i tworzy z powietrzem mieszaninę wybuchową.

Tlenek węgla(IV), dwutlenek węgla, CO₂, to bezbarwny i bezwonny gaz, który występuje w hydrosferze i atmosferze. Bierze on udział w fotosyntezie. W przyrodzie zachodzi ciągły obieg dwutlenku węgla. Nie pali się i nie podtrzymuje palenia. CO₂ jest mało aktywny chemicznie. Rozpuszcza się w wodzie i jest bezwodnikiem kwasu węglowego, H₂CO₃.

Sole kwasu węglowego to węglany.  Są one bardzo dobrze rozpowszechnione w przyrodzie i  o wiele bardziej trwalsze niż sam kwas. Spośród węglanów obojętnych w wodzie rozpuszczalne są jedynie węglany litowców ulegając przy tym hydrolizie. wodorowęglany metali dwuwartościowych i jednowartościowych są rozpuszczalne w wodzie. Wszystkie węglany pod wpływem działania kwasu wydzielają dwutlenek węgla. Do ważniejszych węglanów zalicza się: węglan magnezu MgCO₃, węglan wapnia CaCO₃, węglan sodu Na₂CO₃. Woda, która zawiera znaczne ilości soli (chlorki, wodorowęglany, siarczany(VI)) różnych metali (przede wszystkim magnezu i wapnia) to tzw. woda twarda. Twardość wody wpływa na jej napięcie powierzchniowe. Twarda woda ma więc wyższe napięcie powierzchniowe i używając jej trudniej się zmywa naczynia i pierze. Ponadto trudniej zaspokaja ona pragnienie i posiada metaliczny posmak.

Terminem węglany określa się także organiczne związki węgla (estry kwasu węglowego). Estry te są bezbarwnymi cieczami o przyjemnym zapachu, które stosuje się w syntezach organicznych.

• Krzem

Krzem, Si, należy do grupy węglowców. Jego liczba atomowa to 14, natomiast masa atomowa wynosi 28,0855. Krzem występuje w przyrodzie jedynie w postaci związanej, jako krzemiany, glinokrzemiany, oraz wolny dwutlenek krzemu. W temperaturze pokojowej jest mało aktywny chemicznie. Podobnie jak german wykazuje on właściwości półprzewodnikowe. Krzem nie ulega działaniu kwasów. Reaguje on jedynie z mieszaniną kwasu fluorowodorowego i azotowego. Natomiast ulega on reakcji z nawet bardzo rozcieńczonymi wodorotlenkami litowców.

Dwutlenek krzemu, SiO₂, jest bardzo dobrze rozpowszechnionym w przyrodzie, nierozpuszczalnym w wodzie ciałem stałym.  Jego najczęściej spotykana odmianą krystaliczną jest kwarc, natomiast rzadziej spotyka się krystobalit oraz trydymit. Kwarc wchodzi w skład licznych skał (np. gnejsu, granitu, piaskowca), jego pojedyncze bezbarwne kryształy znane są pod nazwą kryształ górski, a zabarwione na fioletowo określane mianem ametyst. Rozdrobniony dwutlenek krzemu to piasek.

Solami słabych kwasów krzemowych (o ogólnym wzorze xSiO₂yH₂O) są krzemiany. Są to trwałe, nierozpuszczalne w wodzie( oprócz krzemianów litowców) związki. Są one wykorzystywane w produkcji materiałów ceramicznych, szkła i cementu portlandzkiego.

• Ołów

Ołów, Pb, to pierwiastek z grupy węglowców, którego liczba atomowa wynosi 82, a masa atomowa 207,2. Jest kowalnym, miękkim, niebieskoszarym i łatwo topliwym metalem. W warunkach normalnych pokrywa się cieniutką warstewką tlenku ołowiu PbO i węglanu PbCO₃. W związkach występuje on na II i IV stopniu utlenienia. Do jego najważniejszych związków zaliczamy: siarczek, tlenki, selenek i chromian ołowiu. Ołów występuje w niewielkich ilościach w przyrodzie, a jego głównymi minerałami są: cerusyt PbCO₃, galenit PbS oraz anglezyt PbSO₄.

• German

German, Ge, to pierwiastek o liczbie atomowej 32 i masie 72,59. Jest to szarobiały, połyskliwy półmetal, dobrze rozpuszcza się w wodzie królewskiej. Reaguje z tlenem w temp. powyżej 500°C - powstaje tlenek GeO₂. Jest pierwiastkiem śladowym, spotyka się go rudach srebra, cynku i miedzi. Jego główne minerały to germanit Cu₃GeS₄ i argyrodyt 4Ag₂SGeS₂. Stosowany w elektronice jako półprzewodnik, wykorzystywany jest również w technice światłowodowej.

• Cyna

Cyna, Sn, jest pierwiastkiem chemicznym o liczbie atomowej 50 i masie atomowej 118,71, który należy do węglowców. Tworzy ona trzy odmiany alotropowe. W warunkach normalnych jest odporna na działalność czynników atmosferycznych. Reaguje ze stężonymi mocnymi kwasami i zasadami. Do najważniejszych związków tego pierwiastka zaliczamy: siarczki, tlenki oraz halogenki. Nie jest dobrze rozpowszechniona w przyrodzie, a jej głównym rudnym minerałem jest kasyteryt. Cyna stanowi składnik stopów oraz używa się jej do cynowania blachy stalowej (wykorzystywanej do produkcji puszek na konserwy).