Thuyết trình về CACBON

CACBON I. Trạng thái tự nhiên: - Cacbon thiên nhiên gồm chủ yếu một hỗn hợp của hai đồng vị bền: 12 C, với tỉ lệ 98,89% và 13 C, với tỉ lệ 1,11%. Ngoài ra trong cacbon còn có những vết của đồng vị phóng xạ 14 C. Đồng vị 14C có trong khí quyển ở dạng khí CO 2 với nồng độ không đổi. Nhờ có chu kì bán hủy khá lớn, 5570 năm, nên 14 C ở trong khí CO 2 của khí quyển được phát hiện trong mọi chất có chứa cacbon nằm cân bằng với khí CO 2 của khí quyển. - Trong thiên nhiên, cacbon không phải là nguyên tố phổ biến nhất, chỉ chiếm 0,14% tổng số nguyên tử, nhưng có vai trò đặc biệt lơn lao vì hợp chất cacbon là cơ sở của mọi sinh vật. - Lượng rất lớn cacbon nằm trong hai khoáng vật là canxit (CaCO 3 ) và đolomit (CaCO 3 , MgCO 3 ). - Than mỏ và dầu mỏ cũng là khoáng vật của cacbon nhưng hiếm có hơn so với canxit và đolomit + Than mỏ: Than antraxit (90% cacbon): tập trung chủ yếu ở mỏ Hà Lầm, Hà Tu (Quảng Ninh)… Than đá (75%-90% cacbon): gồm than béo, than mỡ, than gầy, thanh dính…Tập trung chủ yếu ở Núi Hồng, Làng Cẩm (Thái Nguyên). Than nâu (65%-70% cacbon) Than bùn (55%-60% cacbon):chủ yếu ở Sơn La, Vĩnh Phú, U Minh, Quảng Nam-Đà Nẵng + Dầu mỏ: Có 83%-87% cacbon. Ở nước ta có 3 mỏ dầu lớn: Bạch Hổ, Đại Hùng và Rồng ở thềm lục địa miền Nam. II. Tính chất vật lý: Cũng như các nguyên tố phi kim khác, Cacbon có một số dạng thù hình khác nhau như kim cương, than chì và cacbon vô định hình. 1.Kim cương. - Kim cương là chất tinh thể không màu, trong suốt, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém, có khối lượng riêng là 3,51 g/ cm 3 . - Tinh thể kim cương thuộc hệ lập phương. Trong tinh thể, mỗi nguyên tử cacbon ở trạng thái lai hóa sp 3 liên kết cộng hóa trị với bốn nguyên tử cacbon khác bao quanh kiểu hình tứ diện. Khoảng cách giữa các nguyên tử cacbon là 1,54 A 0 . Tinh thể kim cương có mạng lưới nguyên tử điển hình. Toàn bộ tinh thể có kiến trúc rất dều đặn cho nên thực tế tinh thể là một phân tử không lồ. Do cấu trúc này nên kim cương là chất cứng nhất trong tất cả các chất. Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của kim cương chưa xác định được nhưng rất cao. - Kim cương không dẫn điện được do các electron hóa trị đều được liên kết bền vững trong liên kết C-C. 2. Than chì - Là tinh thể màu xám đen, có ánh kim, dẫn điện tốt nhưng kém hơn so với kim loại - Than chì có kiến trúc lớp, trong đó mỗi nguyên tử cacbon ở trạng thái lai hóa sp 2 liên kết cộng hóa trị với ba nguyên tử cacbon bao quanh cùng nằm trong một lớp tạo thành vòng 6 cạnh, những vòng này liên kết với nhau thành một lớp vô tận. Độ dài của liên kết C – C bằng 0,142 nm. Khoảng cách giữa hai nguyên tử cacbon thuộc hai lớp lân cận nhau là 0,34 nm. Các lớp liên kết với nhau bằng lực tương tác yếu, nên các lớp dễ tách khỏi nhau. - Do có cấu trúc lớp, một số tính chất lí học của than chì phu thuộc vào phương ở trong tinh thể, như độ dẫn điện và độ cứng của than chì theo phương song song với lớp tinh thể đều lớn hơn so với phương vuông góc với lớp. - Giống với kim cương, than chì có nhiệt độ nóng chảy rất cao. 3. Cacbon vô định hình: - Nhiều dạng “vô định hình” của cacbon như than gỗ, than muội, than cốc v.v thực tế là những dạng vi tinh thể của than chì. + Than gỗ: là vật liệu xốp, nhẹ ( tỉ khối = 1.5), có màu đen và còn giữ nguyên cấu tạo của gỗ. Hàm lượng tro của than gỗ là vào khoảng 1%. Than gỗ loại không có tro chứa 94%C, 0,7%H và phần còn lại là O và N. + Than muội: bột mịn có màu đen và nhẹ. Nó không phải là cacbon tinh khiết mà còn chứa những chất bay hơi do than hấp thụ hoặc liên kết hóa học với nhau. + Than cốc: là khối rắn, màu đen xám, cứng và nặng hơn than gỗ ( tỉ khối bằng 2 ). Than cốc loại không có tro chứa 95%C, 1%H, 3%O và 0,5 – 1%N. - Tất cả các dạng "vô định hình" của cacbon ở nhiệt độ cao đều chuyển thành than chì. III. Tính chất hóa học: • Vị trí và cấu hình electron: - Cacbon nằm ở ô thứ 6, nhóm IVA, chu kì 2 của bảng tuần hoàn. - Cấu hình electron: 1s 2 2s 2 2p 6 . - Các số oxi hóa của C là: -4, 0, +2, +4. • Tính chất chung: - Ở nhiệt độ thường, cacbon rất trơ về mặt hóa học nhưng ở nhiệt độ cao, trở nên hoạt động. - Cacbon vô định hình rất hoạt động hơn cacbon dạng tinh thể và trong dạng tinh thể, than chì hoạt động hơn kim cương. 1. Tính khử a. Tác dụng với O 2 : Cacbon phản ứng với oxi ở nhiệt độ cao, tạo thành cacbon dioxit, đồng thời tỏa nhiều nhiệt. C (r) + O 2(k) → CO 2(k) ↑ Vì cacbon cháy tỏa nhiều nhiệt, nên cacbon được dùng làm nhiên liệu. Ngoài khí CO 2 trong sản phẩm còn có một lượng ít khí CO do cacbon đã khử CO 2 theo phản ứng: C + CO 2 ↔ CO Lượng khí CO sinh ra càng nhiều khi ở nhiệt độ càng cao. b. Tác dụng với hợp chất. Ở nhiệt độ cao, cacbon khử được nhiều oxit, phản ứng được với nhiều chất oxi hoá: HNO 3 , H 2 SO 4 đặc, KClO 3 , Vd: 4HNO 3 đặc + C → CO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O 2H 2 SO 4 đặc + C → CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O 2CuO + C → 2Cu + CO 2 2. Tính oxi hoá. a. Tác dụng với hiđro C + 2H 2 → CH 4 b. Tác dụng với kim loại Ở nhiệt độ cao, C phản ứng với 1 số kim loại tạo hợp chất cacbua 4Al + 3C → Al 4 C 3 (nhôm cacbua) Ca + 2C → CaC 2 (canxi cacbua) IV. Phương pháp điều chế các dạng thù hình của cacbon - Kim cương ( nhân tạo): Nung nóng than chì ở nhiệt độ khoảng 1800 – 3800 0 C và dưới áp suất 60.000 – 12.000 atm khi có các kim loại chuyển tiếp như sắt, niken, crom…làm chất xúc tác. - Than chì: kết tinh cacbon “ vô định hình” ở nhiệt độ cao. - Than gỗ: đốt cháy gỗ trong điều kiện thiếu không khí. - Than muội: nhiệt phân một số hợp chất hữu cơ dễ bay ở trong pha khí - Than cốc: nung than đá ở 1000 – 1200 0 C trong điều kiện thiếu không khí. V. Ứng dụng - Kim cương: Làm đồ trang sức, mũi khoan, dao cắt kính, bột mài - Than chì: Làm điện cực, làm bút chì, chế tạo chất bôi trơn, … - Than cốc: Làm chất khử trong luyện kim - Than gỗ: Chế tạo thuốc nổ đen, pháo sáng,… - Than hoạt tính: Làm mặt nạ phòng độc và trong công nghiệp hoá chất - Muội than: Làm chất độn vào cao su, mực in, xi đánh giày . Tính chất chung: - Ở nhiệt độ thường, cacbon rất trơ về mặt hóa học nhưng ở nhiệt độ cao, trở nên hoạt động. - Cacbon vô định hình rất hoạt động hơn cacbon dạng tinh thể và trong dạng tinh. dụng với O 2 : Cacbon phản ứng với oxi ở nhiệt độ cao, tạo thành cacbon dioxit, đồng thời tỏa nhiều nhiệt. C (r) + O 2(k) → CO 2(k) ↑ Vì cacbon cháy tỏa nhiều nhiệt, nên cacbon được dùng. Làng Cẩm (Thái Nguyên). Than nâu (65%-70% cacbon) Than bùn (55%-60% cacbon) :chủ yếu ở Sơn La, Vĩnh Phú, U Minh, Quảng Nam-Đà Nẵng + Dầu mỏ: Có 83%-87% cacbon. Ở nước ta có 3 mỏ dầu lớn: Bạch