Bài 15: Cacbon - Hóa Học 11

I. Vị trí và cấu hình electron nguyên tử

    - Ô thứ 6, nhóm IVA, chu kì 2
    - Cấu hình: 1s²2s²2p²
    - Các số oxy hóa: (-4), 0, (+2), và  (+4) 

II. Tình chất vật lý

- Cacbon có nhiều dạng thù hình với tính chất vật lý khác nhau

1. Kim cương 

    - Là tinh thể trong suốt, không màu, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém.
    - Trong tinh thể, mỗi nguyên tử kim cương liên kết với 4 nguyên tử cacbon khác nằm trên các đỉnh của tứ diện đều bằng 4 liên kết cộng hóa trị bền, mỗi nguyên tử ở mỗi đỉnh  lại liên kết với 4 nguyên tử khác
    - Rất cứng, là chất cứng nhất trong tất cả các chất

2. Than chì 

- Là tinh thể màu xám đen
    - có cấu trúc lớp: trong một lớp, mỗi nguyên tử cacbon liên kết cộng hóa trị với 3 nguyên tử lân cận nằm trên đỉnh của 1 tam giác đều. Các lớp lân cận liên kết với nhau bằng tương tác yếu 
    - Mềm, khi vạch trên giấy để lại trên giấy vạch đen gồm nhiều lớp tinh thể

3. Fuleren

    - Gồm các phân tử C₆₀, C₇₀... Phân tử C60 có cấu trúc hình cầu rỗng gồm 32 mặt. với 60 đỉnh là nguyên tử C. 
    - Các loại than nhân tạo được gọi là cacbon vô định hình, than gỗ, than xương có khả nănng hấp phụ mạnh

III. Tính chất hóa học
1. Tính khử 
a) Tác dụng với Oxy

- Cacbon cháy được trong không khí (cần nhiệt mồi), phản ứng tỏa nhiều nhiệt 
    C + O₂ $\overset{{t^o}}\rightarrow$ CO₂ 

 - Ở nhiệt độ cao cacbon lại khử được CO2:
    C + CO₂ $\overset{{t^o}}\rightarrow$ 2CO  

b) Tác dụng với hợp chất

    - Ở nhiệt độ cao, Cacbon có thể khử được nhiều oxit, phản ứng với nhiều chất hóa học khác như HNO₃, H₂SO₄ đặc, KClO₃...

2. Tính oxy hóa
a) Tác dụng với hidro

    - Ở nhiệt độ cao và có chất xúc tác, Cacbon tác dụng với Hidro tạo thành CH₄

b) Tác dụng với kim loại

- Ở nhiệt độ cao C tác dụng được với một số kim loại tạo thành Cacbua kim loại
    Ví dụ : 4Al + 3C => Al₄C₃

IV. Ứng dụng

    - Kim cương dùng làm trang sức, chế tạo mũi khoan, dao cắt thủy tinh, làm bột mài
    - Than chì dùng làm điện cực, làm nồi để nấu chảy các hợp kim chịu nhiệt, chế tạo chất bôi trơn, làm bút chì đen
    - Tan cốc dùng làm chất khử trong luyện kim
    - Than gỗ được dùng để chế tạo thuốc nổ đen, thuốc pháo...
    - Loại than có khả năng hấp phụ mạnh gọi là than hoạt tính, được dùng làm mặt nạ phòng độc, và trong công nghiệp hóa chất
    - than muội dùng làm chất độn cao su, sản xuất mực in, xi đánh giày...

V. Trạng thái tư nhiên

    - Kim cương và than chì là trạng thái tự do của Cacbon gần như tinh khiết trong thiên nhiên
    - Quặng cacbon: Caxit( Đá vôi, đá phấn, đá hoa đều chứa CaCO₃), Magiezit (MgCO₃), đolomit (CaCO₃.MgCO₃)...
    - C là thành phần chính trong các loại than mỏ ( than mỡ, than nâu, than bùn...), dầu mỏ, khí tự nhiên...
    - C còn tham gia cấu tạo thành phần cơ sở của các tế bào động thực vật

VI. Điều chế

    - Kim cương nhân tạo được điều chế từ than chì,bằng cách nung than chì ở khoảng 2000 độ C, dưới áp suất 50-100 nghìn atmotphe với chất xúc tác là sắt, crom hay ni ken
    - Nung than cốc ở 2500 - 3000 độ C trong lò điện, không có mặt không khis sẽ thu được than chì nhân tạo
    - Nung than mỡ khoảng 1000 độ C trong lò cốc, không có không khí thu được than cốc
    - Than mỏ được khai thác trực tiếp từ các vỉa than
    - Than gỗ được tạo nên từ đốt gỗ ko có không khí
    - Than muội được tạo nên khi nhiệt phân mêtan có chất xúc tác.