Sisältö
- TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
- Useita fyysisiä muotoja
- Hiiliatomien rakenne
- Kemialliset ominaisuudet
- Hiiliketjut
Hiili edustaa yhtä maapallon runsaimmista kemiallisista alkuaineista, ja sen massan mukaan se on vain hapen toisella puolella. Maapallon elämä on olemassa hiilen olemassaoloa, koska se on kemiallinen perusta kaikille eläville asioille tällä planeetalla. Neljän valenssielektroninsa takia hiilimolekyylit sitoutuvat hapen, vedyn ja typen kanssa. Hiili sitoutuu myös fosforin ja rikin kanssa muodostaen biokemiallisia rakennuspalikoita, jotka sisältävät rasvoja, proteiineja ja hiilihydraatteja. Ilman hiiltä ihmisiä ei olisi olemassa nykymuodossaan.
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Hiiliominaisuuksiin kuuluu sen kyky sitoutua hapen, vedyn, typen, fosforin ja rikin kanssa. Hiilen biokemialliset yhdisteet ovat välttämättömiä kaikelle planeetan elämälle. Sidoskykynsä takia hiili voi muodostaa yhden, kaksois- tai kolmoiskovalenttisidoksia muiden atomien kanssa.
Useita fyysisiä muotoja
Allotrooppisena biokemiallisena alkuaineena hiili esiintyy useissa fysikaalisissa muodoissa, vaikka ne ovatkin kemiallisesti samanlaisia. Hiiltä esiintyy grafiitina, timanttina tai hiilen jäännöksenä, kun hiilipohjaiset yhdisteet kokivat lämpöä ja painetta. Grafiitti, joka on levymäisessä rakenteessa, on pehmeää ja johtaa sähköä. Sen sijaan timantti on erittäin kova, se ei johda sähköä ja on inertti. Hiilijäämiin sisältyy hiili, puuhiili ja muut aineet, joita ihmiset käyttävät energiaan.
Hiiliatomien rakenne
Vakaalla hiiliatomilla on kuusi protonia, kuusi neutronia ja kuusi elektronia, mikä johtaa atomimassaan 12.011 ja istuu kuudennessa asemassa jaksollisen elementtitaulukon kohdalla. Neljä sen elektronista on atomin ulkokuoressa, kun taas kaksi muuta ovat sisäkuoressa. Kiinteät molekyylit, jotka koostuvat vain sitoutuneista hiiliatomeista, muodostavat tetraedroisia tai kuusikulmaisia muotoja aineen fysikaalisesta tilasta riippuen.
Kemialliset ominaisuudet
Hiili palaa happea muodostaen hiilidioksidia ja hiilimonoksidia. Hiili voi myös muodostaa karbideja, kun niitä kuumennetaan oksideilla. Esimerkiksi hiilellä kuumennettu kalsiumoksidi muodostaa kalsiumkarbidia ja hiilimonoksidia. Lisäksi hiiliyhdisteet, kuten hiilimonoksidi, toimivat pelkistimenä metallisiksi oksideiksi. Esimerkiksi lisäämällä äärimmäistä lämpöä lähteestä, kuten uunista, rautaoksidiin hiilimonoksidiympäristössä, rautaoksidi vähenee raudasta.
Hiiliketjut
Hiili voi muodostaa hiiliketjuja yksittäisissä, kaksois- ja kolmoissidoksissa muiden hiiliatomien kanssa. Katenoinniksi kutsuttu prosessi on perusta orgaanisten yhdisteiden luomiselle ja orgaanisen kemian tutkimukselle. Vaikka muut elementit, kuten pii tai germanium, kykenevät rajoittamaan kateenoitumisen, hiili voi myös muodostaa rajoittamattoman kokoisia ketjuja. Lisäksi vain hiili voi kiinnittää kaksois- ja kolmoissidoksia, kun taas muut alkuaineet voivat muodostaa vain yksittäisiä sidoksia.