Podstawowym pierwiastkiem wchodzącym w skład wszystkich związków organicznych jest węgiel, dlatego chemię organiczną określa się niekiedy mianem chemii związków węgla. Należy jednak pamiętać, że węgiel wchodzi również w skład niektórych związków nieorganicznych. Przykładem mogą być jego tlenki: CO tlenek węgla (ll) (czad), CO2 tlenek węgla (IV) zwany również dwutlenkiem węgla, a także kwas węglowy (H2CO3) i liczna grupa jego soli, tzw. węglanów (np. węglan sodu Na2CO3).

Węgiel w stanie czystym występuje w postaci różnych odmian alotropowych, tzn. formach różniących się od siebie strukturą wewnętrzną, a co za tym idzie także właściwościami fizycznymi. Odmiany alotropowe węgla to diament, grafit oraz odkryte niedawno fullereny. Diament jest przezroczystym, bardzo twardym ciałem stałym, które nie przewodzi prądu elektrycznego, przewodzi ciepło. Grafit ma barwę stalowoszarą, jest miękki i łupliwy. Bardzo dobrze przewodzi prąd elektryczny i ciepło. Fullereny są one ciałami stałymi o metalicznym połysku. Nie rozpuszczają się w wodzie.

Tak zwane węgle kopalne różnią się między sobą zawartością czystego węgla. Najbogatszy w węgiel jest antracyt, nieco uboższy węgiel kamienny. Jeszcze mniej czystego pierwiastka zawiera w sobie węgiel brunatny, a najuboższy w węgiel jest torf.

Węglowodory to związki organicznie w zbudowane jedynie węgiel i wodór. Węgiel wchodzący w skład wszystkich związków organicznych jest zawsze lV wartościowy.

Węglowodory, w których występują wyłącznie pojedyncze wiązania pomiędzy atomami węgla w cząsteczkach noszą nazwę węglowodorów nasyconych. Inaczej nazywane są one alkanami. Poniżej przedstawiono przykładowe wzory sumaryczne i nazwy dziesięciu najprostszych węglowodorów.

CH4 metan  C6H14 heksan

C2H6 etan C7H16 heptan

C3H8 propan C8H18 oktan

C4H10 butan  C9H20 nonan

C5H12 pentan  C10H22 dekan

Wzór ogólny alkanów:     CnH2n+2

Związki, z których następny różni się od poprzedniego o grupę CH2 tworzą tzw. szereg homologiczny. Szereg homologiczny tworzą więc również alkany.

Alkany zawierające w swojej cząsteczce do 4 atomów węgla są gazami. Te, które zawierają od 5 do 16 atomów węgla w cząsteczce są cieczami. Alkany o większej liczbie atomów węgla w cząsteczce są ciałami stałymi.

Najprostszym węglowodorem jest metan o wzorze CH4. Jest on głównym składnikiem gazu ziemnego. Metan jest gazem bezbarwnym, bez zapachu, lżejszym od powietrza. Nie rozpuszcza się w wodzie. Jest mało aktywny chemicznie. Ulega reakcji spalania, której produkty mogą być różne w zależności od dostępu powietrza.

Przy wystarczającym dopływie powietrza zachodzi tzw. spalanie całkowite, którego produktami są woda i dwutlenek węgla.

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

Przy ograniczonym dopływie powietrza, produktami spalania są tlenek węgla(II) i woda, a nawet czysty węgiel (sadza) i woda.

2CH4 + 3O2 → 2CO +4H2O

CH4 + O2 → C + 2H2O

Pozostałe węglowodory spalają się w analogicznych warunkach w identyczny sposób.

Węglowodory, w których występują wiązania wielokrotne (podwójne lub potrójne) pomiędzy atomami węgla w cząsteczkach, noszą nazwę węglowodorów nienasyconych.

Jeśli wiązanie jest podwójne to takie węglowodory nazywa się alkanami. Nazwy alkenów tworzy się od nazw alkanów zmieniając końcówkę na –en.

C2H4 eten  C7H14 hepten

C3H6 propen C8H16 okten

C4H8 buten C9H18 nonen

C5H10 penten  C10H20 deken

C6H12 heksen

Alkeny również tworzą własny szereg homologiczny.

Wzór ogólny alkenów: CnH2n

Najprostszym przedstawicielem węglowodorów nienasyconych jest eten (etylen). Jest on bezbarwnym gazem o delikatnym zapachu. Nie rozpuszcza się w wodzie. Spala się tak jak alkany tworząc poszczególne produkty w zależności od dostępu powietrza. Eten jest związkiem stosunkowo aktywnym chemiczne. Ulega reakcji przyłączenia np. wodoru, chloru, bromu.. Odbarwia roztwór manganianu(VII)potasu i wodę bromową. Ulega również polimeryzacji, czyli łączeniu się wielu cząsteczek (tzw. monomerów) w bardzo długie cząstki (polimery).

Węglowodory nienasycone zawierające w cząsteczkach wiązanie potrójne pomiędzy atomami węgla, noszą nazwę alkinów. Ich nazwy tworzy się od nazw alkanów poprzez zmianę końcówki na –yn lub –in.

C2H2 etyn(acetylen)  C7H12 heptyn

C3H4 propyn  C8H14 oktyn

C4H6 butyn C9H16 nonyn

C5H8 pentyn C10H18 dekyn

C6H10 heksyn

Alkiny również tworzą własny szereg homologiczny.

Ich wzór ogólny to:  CnH2n-2

Najprostszym alkinem jest etyn (C2H2), zwany zwyczajowo acetylenem. Otrzymywany jest w reakcji karbidu (węgliku wapnia) z wodą.

CaC2 + H2O → Ca(OH)2 + C2H2

Acetylen jest bezbarwnym, palnym gazem, który odbarwia roztwór manganianu(VII)potasu oraz wodę bromową. Wykorzystuje się go między innymi jako paliwo do spalania i cięcia metali.