Bài 20. Cacbon - Hóa học 11 Nâng cao - Trịnh Thái Anh - Thư viện Bài giảng điện tử

Cacbon là ngun tố hóa học trong bảng
tuần hồn có ký hiệu là C và số nguyên tử
bằng 6. Là một nguyên tố phi kim có hóa
trị 4 phổ biến, cacbon có một số dạng thù
hình:
Các thù hình của cacbon bao gồm:
+Cacbon vơ định hình
+Cacbon xốp nano (phát hiện năm 1997)
+Cacbon ống nano
+Kim cương
+Fulleren
+Graphit
+Lonsdaleit


+Năm 1961, Hiệp hội hóa học lý thuyết và ứng
dụng (IUPAC) đã chấp nhận đồng vị cacbon C12
làm cơ sở để đo khối lượng nguyên tử.
+Cacbon có chu kỳ bán rã 5.700 năm và nó được
sử dụng rộng rãi để xác định niên đại bằng phóng
xạ, chủ yếu là trong khảo cổ học.
+Cacbon tương đối an toàn. Tuy nhiên, việc hít thở
vào một lượng lớn có thể gây nguy hiểm. Cacbon có
thể bắt lửa ở nhiệt độ cao và cháy rất mãnh liệt
+Có nhiều hợp chất của cacbon là những chất độc
chết người như các (xyanua, CN-), hay cacbon
mơnơxít, CO và một số các chất có nguồn gốc tự
nhiên hay tổng hợp khác

 Kim cương là chất tinh thể không màu, trong suốt,

khơng dẫn điện, dẫn nhiệt kém, có khối lượng
riêng là 3,51g/cm3. Tinh thể kim cương thuộc loại
nguyên tử điển hình, trong đó mỗi nguyên tử
cacbon tạo 4 liên kết cộng hóa trị bền với bốn
nguyên tử cacbon lân cận nằm trên các đỉnh của
hình tứ diện đều. Mỗi nguyên tử cacbon ở đỉnh lại
liên kết với 4 nguyên tử cacbon khác. Độ dài của
liên kết C - C bằng 0,154nm. Do cấu trúc này nên
kim cương là chất cứng nhất trong tất các chất.




 Graphit hay than chì (một trong những chất mềm nhất)

là tinh thể màu xám đen, có ánh kim, dẫn điện tốt nhưng
kém kim loại. Tinh thể than chì có cấu trúc lớp, trong
một lớp, mỗi nguyên tử cacbon liên kết theo kiểu cộng
hóa trị với 3 nguyên tử cacbon lân cận nằm ở đỉnh của
một tam giác đều. Độ dài của liên kết C - C bằng
0,142nm. Khoảng cách giữa hai nguyên tử cacbon thuộc
hai lớp lân cận nhau là 0,34nm. Các lớp liên kết với
nhau bằng lực tương tác yếu, nên các lớp dễ tách khỏi
nhau. Khi vạch than chì trên giấy, nó để lại vạch đen
gồm nhiều lớp tinh thể than chì.

Fuleren gồm các phân tử C60, C70,….. Phân tử C60 có
cấu trúc hình cầu rỗng gồm 32 mặt với 60 đỉnh là 60
nguyên tử cacbon. Fuleren được phát hiện năm
1985.


 Cacbon xốp nano (lưới cực nhẹ từ tính): Cấu trúc lưới mật

độ thấp của các bó có cấu trúc giống như graphit, trong đó
các nguyên tử được liên kết theo kiểu tam giác trong các
vòng 6 hay 7 thành viên.
 Cacbon ống nano (các ống nhỏ): mỗi nguyên tử liên kết theo
kiểu tam giác trong tấm cong để tạo thành ống trụ rỗng.
 Ceraphit (bề mặt cực kỳ mềm): Cấu trúc chưa rõ.
 Lonsdaleit (sự sai lạc trong cấu trúc tinh thể của kim
cương): Cấu trúc tương tự như kim cương, nhưng tạo
thành lưới tinh thể lục giác.
 Cacbon vơ định hình (than cốc, than gỗ, than xương, than
muội,… ): các nguyên tử cacbon trong trạng thái phi tinh
thể, khơng có quy luật và giống như thủy tinh. Than gỗ,
than xương có cấu tạo xốp nên chúng có khả năng hấp thụ
mạnh các chất khí và chất tan trong dung dịch



 Trong các dạng tồn tại của cacbon, cacbon

vô định hình hoạt động hơn cả về mặt hóa
học. Tuy nhiên, ở nhiệt độ thường cacbon

khá trơ, cịn khi đun nóng nó phản ứng
được với nhiều chất.
 Trong các hợp chất của cacbon với những
nguyên tố có độ âm điện lớn hơn
(O,Cl,F,S...), nguyên tố cacbon có số oxi hóa
+2 hoặc +4. Cịn trong trường hợp của
cacbon với những ngun tố có độ âm điện
nhỏ hơn ( hiđro, kim loại), nguyên tố
cacbon có số oxi hóa âm. Do đó, trong các
phản ứng cacbon thể hiện tính khử và tính
oxi hóa. Tuy nhiên, tính khử vẫn là tính
chất chủ yếu của cacbon.


1. Tính khử:
a) Tác dụng với oxi:
Khi đốt cacbon trong khơng khí, phản ứng tỏa nhiều nhiệt:
0

+4

t0

C + O2 → CO2
Ở nhiệt độ cao, cacbon lại khử được theo phản ứng:              
   
+2
+4
0
t

CO2 + C → 2CO
0

 Do đó sản phẩm khi đốt cacbon trong khơng khí,

ngồi khí CO2 cịn có một ít khí CO.
 Cacbon khơng tác dụng trực tiếp với clo, brom và

iot.


b) Tác dụng hợp chất:
Ở nhiệt độ cao, cacbon có thể khử được nhiều oxit, phản ứng với nhiều
chất oxi hóa khác như HNO3, H2SO4 đặc, KClO3, …
0

t0

+4

C + 4HNO3(đặc) → CO2 + NO2 + H2O

2. Tính ơxi hố:

a) Tác dụng hiđrô:
Cacbon phản ứng với hiđro ở nhiệt độ cao có chất xúc tác, tạo thành
khí metan:

C + 2H2 → CH4

b) Tác dụng kim loại:
Ở nhiệt độ cao, cacbon phản ứng với một số kim loại tạo thành
cacbua kim loại:

4Al + 3C → Al4C3


 Cacbon là các thành phần thiết yếu cho

mọi sự sống đã biết, và khơng có nó thì
sự sống mà chúng ta đã biết không thể
tồn tại Việc sử dụng kinh tế chủ yếu của
cacbon là trong dạng các hiđrôcacbon,
chủ yếu là các nhiên liệu hóa thạch như
than, khí mêtan và dầu mỏ (xăng dầu).
Dầu mỏ được sử dụng trong cơng nghiệp
hóa dầu để sản xuất ra các sản phẩm
như xăng và dầu hỏa, thơng qua các quy
trình chưng cất trong lọc dầu. Dầu mỏ
cũng là nguồn nguyên liệu cho nhiều
chất hữu cơ tổng hợp khác, rất nhiều
trong số chúng gọi chung là các chất dẻo
(plastic).


Các ứng dụng khác
+Đồng vị Cacbon 14 được phát hiện vào ngày 27 tháng 2 năm 1940 và
được sử dụng trong xác định niên đại bằng phóng xạ.
+Một số các thiết bị phát hiện sử dụng một lượng nhỏ đồng vị phóng xạ
của cacbon làm nguồn bức xạ ion hóa

+Graphit kết hợp với đất sét để tạo ra ‘chì’sử dụng trong các loại bút
chì.
+Kim cương được sử dụng vào mục đích trang sức hay trong các mũi
khoan và các ứng dụng khác địi hỏi độ cứng cao của nó.
+Cacbon được thêm vào quặng sắt để sản xuất gang và thép.
+Cacbon dưới dạng than chì được sử dụng như là các thanh điều tiết
nơtron trong các lò phản ứng hạt nhân.
+Graphit cacbon trong dạng bột, bánh được sử dụng như là than để
đun nấu, bột màu trong mỹ thuật và các sử dụng khác.
+Than hoạt tính được sử dụng trong y tế trong dạng bột hay viên thuốc
để hấp thụ các chất độc từ hệ thống tiêu hóa hay trong các thiết bị thở.
+Các thuộc tính hóa học và cấu trúc của các Fuleren, trong dạng các
cacbon ống nano, có ứng dụng đầy hứa hẹn trong các lĩnh vực mới phát
sinh của công nghệ nano.


1. Trạng thái tự nhiên:
 Trong tự nhiên, kim cương và than chì là

cacbon tự do gần như tinh khiết. Ngồi ra,
cacbon cịn có trong các khống vật như
canxit (đá vôi, đá phấn, đá hoa, chúng đều
chứa CaCO3 ), magiezit (MgCO3,) đolomit
(CaCO3.MgCO3) và là thành phần chính của
các kim loai than mỏ (than antraxit, than mỡ,
than nâu, than bùn...chúng khác nhau về tuổi
địa chất và hàm lượng cacbon). Dầu mỏ, khí
đốt thiên nhiên là hỗn hợp của các chất khác
nhau chứa cacbon, chủ yếu là hiđrocacbon.
Cơ thể thực vật và động vật chứa nhiều hợp

chất của cacbon.
 Nước ta có mỏ than antraxit lớn ở Quảng
Ninh, một số mỏ than nhỏ ở Thanh Hóa,
Nghệ An, Quảng Nam...





2. Điều chế:

 Kim cương nhân tạo được điều chế từ than chì, bằng

cách nung than chì ở 20000C , dưới áp suất 50-100 nghìn
atmotphe với chất xúc tác là sắt, crom, hay niken.
 Than chì nhân tạo được điều chế bằng cách nung than
cốc ở 2500 – 30000C trong lị điện, khơng có khơng khí.
 Than cốc được điều chế bằng cách nung than mỡ
khoảng 10000C trong lò cốc khơng có khơng khí.
 Than gỗ được tạo nên khi đốt cháy gỗ trong điều kiện
thiếu khơng khí.
 Than muội được tạo nên khi nhiệt phân metan có xúc
tác:
CH4   →   C + 2H2             
 Than mỏ được khai thác trực tiếp từ các vỉa than nằm ở
độ sâu khác nhau dưới mặt đất


Chúc thầy cô và các bạn
cuối tuần vui vẻ