Очень важным химическим свойством углерода является способность его атомов образовывать прочные химические связи между собой — углеродные цепи.
Рассмотрим некоторые из простейших углеводородов. Углеводородами называются органические соединения, состоящие из двух элементов: углерода и водорода. Метан СH4 относится к предельным углеводородам (алканам). В молекулах алканов атомы углерода связаны между собой простой (одинарной) связью, а все остальные валентности насыщены атомами водорода.
Атом углерода в молекуле метана находится в состоянии sp3-гибридизации. В результате перекрывания четырех гибридных орбиталей атома углерода с s-орбиталями атома водорода образу-ется весьма прочная молекула метана (см. рис. 24).
Метан — газ без цвета и запаха, легче воздуха, малорастворим в воде. Малоактивное вещество. Горит бледным синеватым пламенем.
В смеси с воздухом (или с кислородом, особенно в соотношении по объему 1:2) метан образует взрывчатые смеси.
В присутствии катализаторов при окислении метана получают метиловый спирт или формальдегид. При сильном нагревании метан распадается по уравнению:
СН4 С+2Н2

Для метана характерны реакции замещения. На свету при обычной температуре галогены Сl2 и Br2 постепенно вытесняют из молекулы метана водород:
СН4+Сl2=СН3Сl+НСl и т.д.
Метан не способен к реакциям присоединения, поскольку в его молекуле все валентности насыщены.
Этилен и ацетилен относятся к непредельным углеводородам, в молекулах которых имеются атомы углерода, связанные между собой двойными или тройными связями.
В молекуле этилена С2Н4 атом углерода находится в состоянии sp2-гибридизации, при котором три гибридные орбитали одного s- и двух р-электронов расположены под углом 120°. Они образуют -связи, которые располагаются в плоскости молекулы. Атомы углерода связаны между собой и с атомами водорода с помощью -связи. Но остается еще негибридный р-электрон, и он образует -связь, которая по своей природе резко отличается от -связи: она менее прочная вследствие перекрывания электронных облаков вне плоскости молекулы. Таким образом, атомы углерода в молекуле этилена С2Н4 связаны между собой двойной связью, которая состоит из одной - и одной -связи.
Этилен — бесцветный газ с очень слабым сладковатым запахом, немного легче воздуха, малорастворим в воде.

Этилен способен к реакциям присоединения.

1. Присоединение водорода (в присутствии катализатора — мелко раздробленного никеля, платины или палладия) при нагревании:
СН2=СН2 + Н2 PtСН3—СН3
2. Присоединение галогенов (при обычной температуре):
СН2=СН2+Сl2 СlСН2—СН2Сl
3. Присоединение галогенводородов:
СН2=СН2+Н—Сl СН3—СН2Сl
4. Присоединение воды (в присутствии катализатора — серной кислоты):
СН2=СН2+Н2OH2SO4 СН3—СН2ОН
Важным химическим свойством этилена является способность легко окисляться при обычной температуре:
3СН2=СН2+2KMnO4+4Н2О=3НОН2С—СН2ОН+2MnO2+2KOH
Этилен горит светящимся пламенем:
С2Н4+3О2=2СO2+2Н2O
Для этилена характерна реакция полимеризации:
n(СН2=СН2)(—СН2—СН2—)n
В молекуле ацетилена углеродные атомы, связанные тройной связью, находятся в состоянии sp-гибридизации. Молекула ацетилена имеет линейное строение, а атомы углерода в ней соединены одной о- и двумя -связями, причем -связи расположены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.
По химическим свойствам ацетилен во многом аналогичен этилену. Для него характерны реакции присоединения, окисления и полимеризации.

Под влиянием тройной связи водород в молекуле ацетилена становится подвижным и способен замещаться металлами:
НСCH+2AgOHAgCCAg+2Н2О НСCH+2CuOHCuCCCu+2Н2О
Так образуются ацетилениды — металлические производные ацетилена.