Tlenki węgla – związki chemiczne składające się z węgla i tlenu.
Najprostsze i spotykane powszechnie tlenki węgla to tlenek węgla (CO) i dwutlenek węgla (). Poza nimi znanych jest wiele innych trwałych lub metatrwałych tlenków węgla, np. tzw. podtlenek węgla (ditlenek triwęgla, ) odkryty przez Brodiego w 1873 roku i bezwodnik melitowy () opisany przez Meyera i Steinera w 1913 roku. W roku 1859 Brodie opisał też tzw. tlenek grafitu, który jednak według współczesnej wiedzy zawiera także liczne grupy hydroksylowe (z tlenku grafitu można uzyskać tlenek grafenu o jednowarstwowej strukturze analogicznej do grafenu).
600x17px 600x17px 600x17px 600x115px COTlenekwęgla Dwutlenekwęgla Podtlenekwęgla Bezwodnikmelitowy
Przez wiele dziesiątków lat te związki były powszechnie uważane za jedyne trwałe tlenki węgla. Jednak od lat 60. XX wieku utworzono nowe związki, z których część była trwała w temperaturze pokojowej. Niektóre były metatrwałe lub trwałe tylko w bardzo niskich temperaturach i rozkładały się na prostsze po ogrzaniu. Wiele było nietrwałych, które mogły być obserwowane jako etapy przejściowe reakcji chemicznych, lub tak reaktywnych, że mogły istnieć tylko w fazie gazowej lub w warunkach izolacji matrycowej. Ważne przykłady tych ostatnich to monotlenek diwęgla (rodnik: ), tritlenek węgla () i 1,2-dioksoetandion (). Niektóre z tych reaktywnych tlenków węgla zostały wykryte w obłokach molekularnych w przestrzeni międzygwiazdowej dzięki spektroskopii rotacyjnej.
Wiele hipotetycznych tlenków węgla badano metodami teoretycznymi, np. bezwodnik szczawiowy ( albo ), etylenodion ( albo ) i inne liniowe lub pierścieniowe polimery tlenku węgla (poliketony) oraz liniowe i pierścieniowe polimery dwutlenku węgla , jak dimer 1,3-dioksetanodion () i trimer 1,3,5-trioksanotrion ().
600x45px 600x50px 600x60px 600x75px 600x17px Bezwodnikszczawiowy 1,2-Dioksetano-dion 1,3-Dioksetano-dion 1,3,5-Trioksano-trion Etyleno-dion
Liczba znanych tlenków węgla wciąż rośnie. Istnienie tlenku grafitu i innych trwałych polimerycznych tlenków węgla o nieograniczonej strukturze molekularnej sugeruje, że wiele innych pozostało do odkrycia.
Liniowe dwutlenki węgla Liniowe dwutlenki węgla tworzą szereg homologiczny o wzorze ogólnym lub . Zbudowane są z prostego łańcucha atomów węgla połączonych skumulowananymi wiązaniami podwójnymi i zakończonego na obu końcach atomami tlenu. Pierwsi przedstawiciele szeregu to albo , dwutlenek węgla. albo , skrajnie nietrwały etylenodion. albo , metatrwały podtlenek węgla albo ditlenek triwęgla. albo , ditlenek tetrawęgla albo 1,2,3-butatrien-1,4-dion albo , ditlenek pentawęgla, trwały w roztworze w temperaturze pokojowej, a w postaci czystej poniżej −90 °C.
Wyższe człony tego szeregu odkryto w ilościach śladowych w gazach pod niskim ciśnieniem lub eksperymentach z macierzami kriogenicznymi, zwłaszcza dla n = 7 oraz n = 17, 19 i 21.
Liniowe monotlenki węgla Inną grupą tlenków węgla są liniowe tlenki węgla . Pierwszy członek, zwykły tlenek węgla CO, wydaje się być jedynym trwałym w stanie czystym w temperaturze pokojowej. Fotoliza liniowych dwutlenków węgla w macierzy kriogenicznej prowadzi do utraty CO i powstania wykrywalnych ilości jednotlenków o parzystej liczbie atomów węgla takich jak , i . Człony do n = 9 uzyskano też przy wyładowaniach elektrycznych w gazowym wymieszanym z argonem. Pierwsze trzy człony szeregu obserwowano w przestrzeni międzygwiezdnej.
Uważa się, że kiedy n jest parzyste, cząsteczki są w stanie trypletowym (jak kumuleny), z atomami połączonymi wiązaniami podwójnymi i niezapełnionym orbitalem pierwszego węgla – jak w: : i ogólnie: . Kiedy n jest nieparzyste, struktura trypletowa jest prawdopodobnie w rezonansie z singletową (jak w acetylenie) polarną strukturą z ładunkiem ujemnym na końcu węglowym i dodatnim na atomie tlenu, jak w , i ogólnie . Tlenku węgla też dotyczy ta struktura: za dominującą formę jest uważana .
Cykliczne radialenowe tlenki węgla Inną interesującą rodziną tlenków węgla są cykliczne radialenowe tlenki albo . Mogą być uważane za pierścieniowe polimery tlenku węgla lub n-krotne ketony n-węglowych cykloalkanów. Pierwsze dwa człony to sam tlenek węgla (CO) i skrajnie nietrwały etylenodion albo . Teoretyczne analizy sugerują, że następne cztery człony szeregu – , , i – mogą być trwałe, ale dotąd udało się je wytworzyć tylko w śladowych ilościach.
600x62px 600x67px 600x86px 600x95px Cyklopropano-trion Cyklobutano-tetron Cyklopentano-penton Cykloheksano-hekson
Z drugiej strony aniony tych związków są dość stabilne, a niektóre z nich są znane od XIX wieku. Są to: , anion acetylenodiolowy (Weiss i Büchner, 1963) , anion kwasu deltowego (dihydroksycyklopropanonu; Eggerding i West, 1976), , anion kwasu kwadratowego (1,2-dihydroksycyklobutano-3,4-dionu; Cohen i inni, 1959) , anion kwasu krokonowego (1,2-dihydroksycyklopentano-3,4,5-trionu; Gmelin, 1825) , anion kwasu rodyzonowego (1,2-dihydroksycykloheksano-3,4,5,6-tetronu; Heller, 1837).
Tlenek tworzy też trwałe aniony tetrahydroksybenzochinonu () i heksahydroksybenzenu (). Aromatyczność tych anionów była badana metodami teoretycznymi.
Nowe tlenki Wiele nowych trwałych i metatrwałych tlenków otrzymano począwszy od lat 60. XX wieku. Należą do nich: albo , tris(szczawian) heksahydroksybenzenu (1967); trwały jako solwat tetrahydrofuranu. albo , bis(szczawian) tetrahydroksy-p-benzochinonu (1968); trwały jako solwat tetrahydrofuranu albo , bis(węglan) tetrahydroksy-p-benzochinonu (1984); rozkłada się w temperaturze około 45–53 °C. albo , tris(węglan) heksahydroksybenzenu (1984); rozkłada się w temperaturze około 45–53 °C. i , odpowiednio pierścieniowy trimer i tetramer podwójnego rodnika, 3,4-dialkinylo-3-cyklobuteno-1,2-dionu (1990) , dioksanotetron albo dimer bezwodnika szczawiowego (1998); trwały w w temperaturze −30 °C, rozkłada się w temperaturze 0 °C. , heksaoksotricyklobutabenzen (2006)
600x90px 600x90px 600x60px Bis(szczawian)tetrahydroksy-1,4-benzochinonu Bis(węglan)tetrahydroksy-1,4-benzochinonu Dioksano-tetron 600x130px 600x110px 600x110px Tris(szczawian)heksahydroksybenzenu Tris(węglan)heksahydroksybenzenu Heksaoksotricyklo-butabenzen 600x150px 600x180px Tris(3,4-dialkinyl-3-cyklobuteno-1,2-dion) Tetrakis(3,4-dialkinyl-3-cyklobuteno-1,2-dion)
Polimeryczne tlenki węgla Podtlenek węgla () ulega spontanicznej polimeryzacji do ciała stałego o żółtym lub brązowym zabarwieniu, zarówno z fazy gazowej (tworzy barwne filmy na ściankach naczynia), jak i z roztworu (ciemnobrązowy precypitat). Badania spektroskopowe, rentgenograficzne i analiza rozkładu termicznego sugerują, że polimer zbudowany jest ze skumulowanych sześcioczłonowych pierścieni α-pironu (walerolaktonu). Pomiary fizyczne wskazują, że średnia liczba merów w cząsteczce wynosi około 5–6, zależnie od temperatury tworzenia. W substancji stwierdzono występowanie szeregu oligomerów:
600x105px600x105px600x105px600x105px Oligomery o 3–6 jednostkach.
Innym polimerem węglowotlenowym, o stosunku C:O wynoszącym 5:1 lub więcej, jest klasyczny tlenek grafitu i jego jednowarstwowa postać tlenek grafenu.
Uwagi
Przypisy
Kategoria:Nieorganiczne związki węgla Kategoria:Składniki smogu Kategoria:Związki organiczne