Úvod
Uhlík (C) je chemický prvek s protonovým číslem 6, který patří do 14. skupiny periodické tabulky. Je základním stavebním kamenem veškerého života na Zemi a pilířem organické chemie. V přírodě se vyskytuje ve více formách: jako tvrdý, průhledný diamant, měkký, černý grafit (tuha) nebo jako amorfní saze. Nacházíme ho v atmosféře v podobě oxidu uhličitého, v zemské kůře jako uhličitany (vápenec) a v obrovském množství ve fosilních palivech, jako je uhlí, ropa a zemní plyn. Získáváme ho především jejich těžbou.
Vlastnosti
Uhlík, chemická značka C, je nekovový prvek s protonovým číslem 6, nacházející se ve 14. skupině periodické tabulky. Jeho jedinečná schopnost tvořit stabilní kovalentní vazby sám se sebou (řetězení) i s jinými prvky je základem celé organické chemie a života. Vyskytuje se v několika alotropických modifikacích s diametrálně odlišnými vlastnostmi. Tvrdý, průhledný diamant je elektrický izolant, zatímco měkký, šedý grafit vede elektrický proud. Moderní věda objevila i další formy jako jsou fullereny, nanotrubičky a grafen. Uhlík je typicky čtyřvazný a tvoří miliony známých sloučenin.
Vznik názvu
Český název „uhlík“ je přímo odvozen od slova „uhlí“, což je jedna z jeho nejznámějších forem. Mezinárodní název carbon, z něhož pochází i chemická značka C, má stejný základ v latinském slově „carbo“, které v překladu znamená dřevěné uhlí. Název tak odkazuje na prastarou znalost této látky.
Objev
Uhlík patří mezi prvky známé lidstvu odnepaměti, tudíž nemá jediného objevitele. Již pravěcí lidé využívali jeho dvě amorfní formy: dřevěné uhlí získané pálením dřeva pro teplo a metalurgii, a saze jako černý pigment pro jeskynní malby. Dlouho se však nevědělo, že diamant, grafit a obyčejné uhlí jsou formy téhož prvku. Až v roce 1772 Antoine Lavoisier spálením diamantu a změřením vzniklého oxidu uhličitého prokázal, že se jedná o čistý uhlík. Tento experiment položil základ modernímu chápání uhlíku jako základního chemického prvku.
Výskyt v přírodě
Uhlík je čtvrtým nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru a klíčovým biogenním prvkem, tvořícím základ veškerého života na Zemi. V přírodě se vyskytuje jak v čisté formě jako diamant a grafit, tak vázaný v ohromném množství sloučenin. Je součástí atmosféry (oxid uhličitý), hornin (uhličitany jako vápenec) a rozsáhlých ložisek fosilních paliv (uhlí, ropa, zemní plyn). Získávání jeho různých forem se liší. Dřevěné uhlí vzniká pyrolýzou dřeva, koks vysokoteplotní karbonizací černého uhlí pro hutnictví a saze řízeným nedokonalým spalováním uhlovodíků pro výrobu pigmentů a pneumatik.
Využití
Uhlík je absolutním základem života na Zemi a jeho využití je neobyčejně rozmanité. V přírodě tvoří páteř všech organických sloučenin, od bílkovin a tuků až po nukleové kyseliny. Rostliny jej v procesu fotosyntézy zabudovávají do svých těl, zatímco živočichové ho uvolňují dýcháním v rámci globálního cyklu. Lidé využívají jeho čisté formy. Diamant jako nejtvrdší minerál slouží pro řezné nástroje a šperky. Grafit je základem tužek, maziv a elektrod. Aktivní uhlí zase perfektně filtruje nečistoty z vody i vzduchu. Uhlíková vlákna tvoří ultrapevné a lehké kompozity.
Sloučeniny
Uhlík vytváří více sloučenin než všechny ostatní prvky dohromady. V přírodě se setkáváme s anorganickým oxidem uhličitým, klíčovým pro klima a fotosyntézu, nebo s uhličitany tvořícími horniny jako vápenec. Základem jsou však organické sloučeniny, například methan v zemním plynu nebo komplexní uhlovodíky v ropě. Živé organismy jsou tvořeny cukry, tuky a bílkovinami. Člověk tuto schopnost uhlíku využil k výrobě milionů syntetických látek. Patří sem všechny druhy plastů, od polyethylenu po PVC, syntetická vlákna jako nylon, léky, pesticidy, barviva a také výbušniny. Jeho schopnost tvořit stabilní řetězce je unikátní.
Zajímavosti
Uhlík je výjimečný svými alotropickými modifikacemi s dramaticky odlišnými vlastnostmi. Zatímco diamant je průhledný, extrémně tvrdý izolant, grafit je neprůhledný, měkký a vede elektrický proud. Veškerý uhlík ve vesmíru, včetně toho v našich tělech, vznikl v nitru hvězd procesem hvězdné nukleosyntézy. Jsme tedy doslova z hvězdného prachu. Jeho izotop uhlík-14 umožňuje vědcům pomocí radiokarbonové metody datovat organické materiály staré až desítky tisíc let. V lidském těle je uhlík po kyslíku druhým nejzastoupenějším prvkem podle hmotnosti, tvoří přibližně osmnáct procent naší váhy.
