Когда вышележащие слои породы непроницаемы и для газов, то самые легкие из образующихся углеводородов — метан, этан и другие — тоже накапливаются под землей и образуют месторождения природного газа. Природный газ — самое дешевое и прекрасное химическое сырье.
По многообразию и численности своих соединений углерод оставляет позади все остальные элементы таблицы Менделеева, вместе взятые.
В сочетании с водородом, кислородом, азотом, серой и фосфором он образует почти все органические вещества, существующие в природе и синтезированные в лаборатории. Их известно более двух миллионов и теоретически возможно бесконечное множество. По образному выражению академика Несмеянова, язык органической химии — это язык, алфавит которого состоит всего из шести букв, а словарный запас непрерывно растет и уже сейчас с трудом умещается в сотне объемистых томов.
Многообразие углеродистых соединений обусловлено уникальной способностью атомов углерода образовывать чрезвычайно прочные связи друг с другом. Цепи из углеродных атомов могут достигать очень большой длины и вполне устойчивы. В то же время даже короткие цепи из атомов других элементов в подавляющем большинстве случаев непрочны. Так, например, для кислорода максимальная длина цепи состоит из двух атомов; соединения, содержащие такие цепи, малоустойчивы. Для углерода получено вполне устойчивое соединение, содержащее цепочку из 70 углеродных атомов.
Но и в неорганической химии углерод занимает видное место. Особо нужно отметить углекислый газ и его производные.
Растворяясь в воде, углекислый газ соединяется с ее молекулами и образует слабую угольную кислоту H2CO3.
В чистом виде эту кислоту получить невозможно, потому что она очень неустойчива. Напротив, соли угольной кислоты — карбонаты и бикарбонаты — соединения устойчивые. Самое важное из них — карбонат натрия Na2CO3, или сода, — находит огромное применение в промышленности и хозяйстве. Аналогичное соединение калия (K2CO3) называется поташом. Как и все соли калия, это очень ценное удобрение. Если металл заместил в молекуле угольной кислоты только один атом водорода, получается бикарбонат. Наиболее известный бикарбонат — двууглекислая, или питьевая, сода NaHCO3.
Другое важное соединение углерода с кислородом — его окись CO.
Как мы уже говорили, окись углерода образуется при горении угля, если количество кислорода недостаточно для его полного сгорания. При нехватке воздуха в нижней части печи, где кислород еще есть, идет обычное горение с образованием углекислого газа: C + O2 = CO2, а в верхней ее части раскаленный уголь омывается уже не воздухом, а CO2, уголь отнимает кислород у углекислого газа и образуется окись углерода: C + CO2 = 2CO.
Окись углерода иногда называют угарным газом, потому что она очень ядовита. Отравление ею (угар) часто происходит при преждевременном закрывании дымохода в печи. При отравлении окисью углерода человеческая кровь теряет способность поглощать и передавать тканям организма кислород воздуха. Это может привести к смерти.
Взамен недостающего (до устойчивого соединения CO2) кислорода окись углерода охотно присоединяет другие атомы или группы атомов. Химики в таких случаях говорят о склонности к реакциям присоединения. Например, при температуре около 500 °C или просто на свету окись углерода «захватывает» два атома хлора: CO + Cl2 = COCl2. Образуется известное отравляющее вещество — фосген. Фосген — очень ценный реактив для получения многих сложных органических соединений. При повышенной температуре и большом давлении окись углерода соединяется с металлами; таким путем удается получить, в частности, летучее соединение железа — карбонил железа Fe(CO)5.
При сгорании окиси углерода выделяется большое количество тепла, поэтому ее получают в различных газогенераторных установках и используют как горючий газ.
При подземной газификации уголь в значительной степени превращается в окись углерода, которая затем выводится по трубам на поверхность и используется.