Уникальная способность атомов У. соединяться между собой с образованием прочных и длинных цепей и циклов привела к возникновению громадного числа разнообразных соединений У., изучаемых органической химией
.
В соединениях У. проявляет степени окисления —4; +2; +4. Атомный радиус 0,77Å, ковалентные радиусы 0,77Å, 0,67Å, 0,60Å соответственно в одинарной, двойной и тройной связях; ионный радиус C>4-
2,60Å, C>4+
0,20Å. При обычных условиях У. химически инертен, при высоких температурах он соединяется со многими элементами, проявляя сильные восстановительные свойства. Химическая активность убывает в ряду: «аморфный» У., графит, алмаз; взаимодействие с кислородом воздуха (горение) происходит соответственно при температурах выше 300—500 °С, 600—700 °С и 850—1000 °С с образованием двуокиси углерода CO>2
и окиси углерода CO.
CO>2
растворяется в воде с образованием угольной кислоты
.
В 1906 О. Дильс
получил недоокись У. C>3
O>2
. Все формы У. устойчивы к щелочам и кислотам и медленно окисляются только очень сильными окислителями (хромовая смесь, смесь концентрированных HNO>3
и KClO>3
и др.). «Аморфный» У. реагирует с фтором при комнатной температуре, графит и алмаз — при нагревании. Непосредственное соединение У. с хлором происходит в электрической дуге; с бромом и иодом У. не реагирует, поэтому многочисленные углерода галогениды
синтезируют косвенным путём. Из оксигалогенидов общей формулы COX>2
(где Х — галоген) наиболее известна хлорокись COCl>2
(фосген
).
Водород с алмазом не взаимодействует; с графитом и «аморфным» У. реагирует при высоких температурах в присутствии катализаторов (Ni, Pt): при 600—1000 °С образуется в основном метан CH>4
, при 1500— 2000 °С — ацетилен C>2
H>2,
в продуктах могут присутствовать также др. углеводороды, например этан C>2
H>6,
бензол C>6
H>6
. Взаимодействие серы с «аморфным» У. и графитом начинается при 700—800 °С, с алмазом при 900—1000 °С; во всех случаях образуется сероуглерод CS>2
. Др. соединения У., содержащие серу (тиоокись CS, тионедоокись C>3
S>2
, сероокись COS и тиофосген CSCl>2
), получают косвенным путём. При взаимодействии CS>2
с сульфидами металлов образуются тиокарбонаты — соли слабой тиоугольной кислоты. Взаимодействие У. с азотом с получением циана (CN)>2
происходит при пропускании электрического разряда между угольными электродами в атмосфере азота. Среди азотсодержащих соединений У. важное практическое значение имеют цианистый водород HCN (см.
