炭素の単体（同位体）と無機化合物としての化合物

周期表１４族の炭素についてです。炭素の単体には結晶構造の違う同素体がいくつもあります。化合物には有機物も無機物もあり数が多いので覚える事も多いですが、ここでは炭素を含むけど無機化合物としてあつかわれる化合物について説明します。

炭素

炭素の単体は共有結合の仕方によって同素体がいくつも存在しています。
詳しく書くと非常に長くなるので簡単にまとめておきます。

ダイヤモンド

４個の価電子すべてが共有結合に使われていて立体網目構造をしているので非常に硬いです。
無色透明な結晶で、電気は通しませんが熱は非常に良く通します。
用途は、宝石、ガラス切り、研磨剤など。

黒鉛（グラファイト）

３個の価電子が共有結合に使われていて平面構造で層をなしています。
（灰）黒色結晶で電気を通しますが、薄くはがれやすいです。
用途は、電極、鉛筆の芯など。
黒鉛が電気を通すのは共有結合に使われていない価電子１つが金属の自由電子のように動き回れるからです。
１つの層の中では非常に動き回りやすいですが、層と層とを移動することはなかなかできません。

フラーレン

球状の炭素単体分子です。
炭素６０や７０のものがあり黒褐色の粉末です。
電気は通しませんが、ベンゼンやトルエンなどの有機溶媒に溶けて有色の溶液になります。

無定型炭素

木炭やカーボンブラックのことです。
微少な黒鉛の結晶が不規則に集合したもので、黒色ですが透明感はありません。
電気を通しますが黒鉛よりも発火点が低いです。
黒色の顔料や脱臭剤に使われます。

他にも炭素の結晶では、グラファイトの層構造が炭層でなっているグラフェンや、筒状に丸まってできるカーボンナノチューブなどもあります。
共有結合の結晶がたくさんあるので実用的で多用途、それが炭素だと覚えておいて下さい。
これからも研究開発は進み炭素繊維なども含め化学的に発展していくことでしょう。

炭素の無機化合物

炭素の化合物は有機化合物にまで手を伸ばすときりがありません。
身近にある食品などの原材料にあるものはほとんどが有機化合物です。
例えば大きなくくりで見ても、「炭水化物」「タンパク質」「脂質」などの栄養素は全て有機化合物です。
ですので詳しくは有機化学、または生物の方で見ることにして、ここでは無機化合物としてあつかうものに限って説明しておきます。

一酸化炭素

ギ酸を濃硫酸で脱水する

　\( \mathrm{HCOOH\rightarrow CO\uparrow +H_2O}\)

または、
赤くなるほど高温に熱したコークスに高温の水蒸気を通す

　\( \mathrm{C+H_2O\rightarrow CO+H_2}\)

と一酸化炭素が生成します。

無色で無臭の気体ですが毒性が非常に強いです。
空気中で燃やすと青白い炎を出して燃えます。
二酸化炭素の方が安定な酸化物なので高温にすると酸化物から酸素を奪って二酸化炭素になる還元性を持っているので、鉄の製錬に使われますね。

　\( \mathrm{Fe_2O_3+3CO\rightarrow 2Fe+3CO_2}\)

※
有機化合物の不完全燃焼でも一酸化炭素は発生します。
ガソリンや灯油などの燃えやすい有機化合物でもです。
一酸化炭素の毒性は半端じゃなく、人間でも低濃度で死に至ります。
二酸化炭素は大気中にも普通に存在しますし微量な場合は平気ですが、５％を超えると頭痛などの症状が出る事がありもっと高い濃度の状況下に長時間いると死に至ることもあります。
ですが、一酸化炭素の場合は血液中のヘモグロビンと結合しやすく、％どころかもっと低い単位（ppm）で死に至ることもありますので十分注意しましょう。
石油ストーブ、石油ファンヒーターなどの暖房器具などを使用する場合も換気は十分にして下さい。
症状が出てからでは遅いですよ。
少しでも違和感を感じたら即換気、その前に定期的に換気するのが最善です。