Cacbon

I. VỊ TRÍ VÀ CẤU HÌNH ELECTRON NGUYÊN TỬ

- Z = 6 : 1s²2s²2p²  => C ở ô thứ 6, nhóm IV, chu kì 2 của bảng tuần hoàn.

- Cacbon có 4 e lớp ngoài cùng có thể tạo được tối đa 4 liên kết cộng hóa trị.

II. TÍNH CHẤT VẬT LÝ

- C có nhiều dạng thù hình: kim cương, than chì và C vô định hình, fuleren.

- Kim cương:

+ tinh thể trong suốt, không màu, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém.

+ cứng nhất trong tất cả các chất.

- Than chì: tinh thể màu xám đen, có ánh kim, dẫn điện tốt nhưng kém hơn kim loại.

III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

- C có thể tồn tại với nhiều mức oxi hóa khác nhau nhưng thường gặp là: -4; 0; +2; +4

=> C có cả tính khử và tính oxi hoá nhưng tính khử vẫn là chủ yếu.

1. Cacbon là chất khử

a. Tác dụng với các phi kim             

$\overset{0}{\mathop{C}}\,\,\,+\,\,{{O}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{0}}}\,\,\overset{+4}{\mathop{C}}\,{{O}_{2}}$

$\overset{0}{\mathop{C}}\,\,\,+\,\overset{+4}{\mathop{C}}\,{{O}_{2}}\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}\,\,2\overset{+2}{\mathop{C}}\,O$

b. Tác dụng với oxit kim loại

+ C khử được oxit của các kim loại đứng sau Al trong dãy hoạt động hóa học của kim loại:

$CuO + \overset{0}{\mathop{C}}\,~\,\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}~\,\,Cu + \,\overset{+2}{\mathop{C}}\,O$

$F{{e}_{2}}{{O}_{3}} + \overset{0}{\mathop{3C}}\,~\,\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}~\,\,2Fe + \,3\overset{+2}{\mathop{C}}\,O$

c. Tác dụng với các chất oxi hóa mạnh (H₂SO₄đặc, HNO₃, KNO₃, KClO₃, K₂Cr₂O₇...)

Trong các phản ứng này, C bị oxi hóa đến mức $\overset{+4}{\mathop{C}}\,{{O}_{2}}$

$\overset{0}{\mathop{C}}\,\,\,+\,2{{H}_{2}}S{{O}_{4}}{{~}_{}}~\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}\,\,\overset{+4}{\mathop{C}}\,{{O}_{2}}+2S{{O}_{2}}+2{{H}_{2}}O$ 

$\overset{0}{\mathop{C}}\,\,\,+\,4HN{{O}_{3}}{{~}_{}}~\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}\,\,\overset{+4}{\mathop{C}}\,{{O}_{2}}+4N{{O}_{2}}+2{{H}_{2}}O$

- Khi nhiệt độ cao, C tác dụng được với hơi nước:

$\overset{0}{\mathop{C}}\,\,\,+\,{{H}_{2}}O~\,\xrightarrow{{{t}^{0}}(100{{0}^{0}}C)}\,\,\overset{+2}{\mathop{C}}\,O+{{H}_{2}}$

$\overset{0}{\mathop{C}}\,\,\,+\,2{{H}_{2}}O~\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}\,\,\overset{+4}{\mathop{C}}\,{{O}_{2}}+2{{H}_{2}}$

2. Cacbon là chất oxi hóa

a. Tác dụng với H₂

C + 2H₂ $\xrightarrow{xt,\,{{t}^{0}}}$ CH₄ 

b. Tác dụng với kim loại 

4Al + 3C $\xrightarrow{{{t}^{0}}}$ Al₄C₃ (nhôm cacbua)

IV. ỨNG DỤNG

- Kim cương được dùng làm đồ trang sức. Trong kĩ thuật, kim cương được dùng làm mũi khoan, dao cắt thuỷ tinh, bột mài.

- Than chì được dùng làm điện cực; làm nồi, chén để nấu chảy các hợp kim chịu nhiệt; chế tạo chất bôi trơn; làm bút chì đen.

- Than cốc được dùng làm chất khử trong luyện kim để luyện kim loại từ quặng.

- Than gỗ được dùng để chế thuốc nổ đen, thuốc pháo, chất hấp phụ.

- Than muội được dùng làm chất độn khi lưu hoá cao su, để sản xuất mực in, xi đánh giày.

V. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

- Kim cương và than chì là cacbon ở dạng tự do gần như tinh khiết.

- Cacbon còn có trong các khoáng vật như canxit (đá vôi, đá hoa, đá phấn đều chứa CaCO₃), magiezit (MgCO₃), đolomit (CaCO₃.MgCO₃). Dầu mỏ, khí thiên nhiên là hỗn hợp của các chất khác nhau chứa cacbon. Cơ thể động thực vật cũng chứa nhiều hợp chất của cacbon.