Ion CON- kém bền nhất vì điện tích hình thức lớn nhất.
2. Bán kính của các nguyên tử và ion: Cs+< I->As>Al> N>F
Nguyên tử Al có bán kính lớn hơn nguyên tử F do nguyên tử Al nằm ở chu kì dưới và bên trái nguyên tử F trong BHTTH.
As có bán kính lớn hơn nguyên tử Al do As thuộc chù kì dưới.
Cs+ và I- có cùng cấu hình electron, nhưng anion có kích thước lớn hơn anion nên kích thước I- > Cs+
I- > As do I nằm ở chu kì dưới so với As trong BTTH. N >F do N nằm ở bên trái F trong cùng một chu kì.
Kết luận: Kích thước nguyên tử F là nhỏ nhất, kích thước ion I- là lớn nhất, ngoại trừ Cs+. Chúng ta có thể sắp xếp theo chiều giảm kích thước như sau: Cs+< I->As>Al> N>F, và Cs+< I-
CHƯƠNG 4: CACBON- SILIC VÀ HỢP CHẤTI. ĐẶC ĐIỂM CHUNG I. ĐẶC ĐIỂM CHUNG
I.1. Đặc điểm cấu tạo nguyên tử
N0 Tính chất C Si Ge Sn Pb 1 Số thứ tự 6 14 32 50 82 2 Electron hóa trị 2s2p2 3s2p2 4s24p2 5s25p2 6s2p2 3 Bán kính n.tử, antron 0,77 1,34 1,39 1,58 1,75 4 Bán kính ion X4+, antron 0,45 0,41 0,44 0,67 0,84 5 Thế ion hóa I1, eV 11,26 8,15 7,88 7,33 7,42 7 Độ âm điện 2,5 1,8 1,8 1,8 1,8
Do tổng năng lượng ion hoá khá lớn nên không thể mất 4e để tạo ion 4+; mặt khác độ âm điện cũng không lớn để có thể kết hợp 4e để tạo ion 4-.
Để tạo cấu hình electron bền những nguyên tử nguyên tố nhóm IVa tạo nên những liên kết cộng hóa trị với số oxi hoá -4, +2 và +4.
Trong những số oxi hoá dương đặc trưng, khuynh hướng cho số oxi hoá +4 giảm và số oxi hoá +2 tăng từ C đến Pb.
Năng lượng liên kết E-X giảm xuống từ Si -X đến Pb - X; nhưng từ C đến Si, trong nhiều trường hợp năng lượng liên kết lại tăng lên vì Si có khả năng tạo liên kết π p→d giữa cặp electron tự do của F, Cl, O… với obital d trống của Si.
Các nguyên tố nhóm IVA có khả năng tạo mạch đồng nguyên tử E-E và khả năng này giảm từ C đến Pb. Sự giảm khuynh hướng đó có thể giải thích được một phần bằng sự giảm độ bền của liên kết E -E.
Trong các hợp chất, số phối trí tăng từ từ 4 ở C đến 8 ở Pb do sự tăng số obital nguyên tử tham gia lai hoá từ kiểu sp2 và sp3 đến sp3d2 và sp3d2f2.
I.2.Trạng thái thiên nhiên
Cacbon không phải là nguyên tố phổ biến nhất, chỉ chiếm 0,14% tổng số nguyên tử, nhưng hợp chất của cacbon là cơ sở của mọi sinh vật.
Cacbon tồn tại trong thiên nhiên lượng lớn nằm ở 2 khoáng vật là canxit (CaCO3) và đolomite (CaCO3.MgCO3). Ngoài ra, cacbon còn tồn tại ở than mỏ, dầu mỏ, CO2, trong hợp chất hữu cơ của mọi sinh vật.
Trong thiên nhiên, cacbon ở dưới 2 dạng đồng vị bền 12C (98,9) và 13C (1,1%). Dưới tác dụng của tia vũ trụ, một lượng nhỏ đồng vị phóng xạ β là 14C cũng được tạo thành trong khí quyển: N 1n 0 14 7 + → C 1H 1 14
6 + . Dựa trên hàm lượng 14C trong bã thực vật người ta xác định được tuổi của cây cối và cổ vật.
I.3
Cacbon có 2 dạng thù hình cơ bản là kim cương và than chì. I.3.1 Kim cương
Tinh thể kim cương thuộc hệ lập phương. Trong tinh thể, mỗi nguyên tử C ở trạng thái lai hoá sp3 và tạo liên kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử C khác.
Tinh thể cacbon có mạng lưới nguyên tử điển hình. Toàn bộ tinh thể có kiến trúc rất đều đặn cho nên thực tế tinh thể là một phân tử khổng lồ kim cương có tỉ khối lớn (3,51g/cm3) và cứng nhất trong tất cả chất.
Kim cương không dẫn điện vì các electron hoá trị đều được liên kết bền vững trong liên kết C-C.
Tinh thể kim cương hoàn toàn trong suốt, không màu, chỉ số khúc xạ rất lớn nên trông lấp lánh rất đẹp. Bột kim cương dùng để đánh bóng hạt kim cương và những vật liệu rất cứng khác.
I.3.2. Than chì
Than chì có kiến trúc lớp, trong đó mỗi nguyên tử C ở lai hoá sp2. Mỗi nguyên tử C tạo 3 liên kết σ với 3 nguyên tử C và đóng góp 1e vào liên kết π giải tỏa trong toàn bộ tinh thể.
Khác với kim cương, than chì có màu xám, có ánh kim và dẫn điện (trên thực tế, than chì được dùng làm điện cực).
Do kiến trúc lớp, một số tính chất lý hoá phụ thuộc vào phương ở trong tinh thể. mật 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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Giống kim cương, than chì có nhiệt độ nóng chảy rất cao, bột than chì thường được sử dụng làm chất bôi trơn trong các thiết bị nhiệt độ cao.
I.4
Tính chất hóa học
Ở nhiệt độ thường tương đối trơ, nhưng ở nhiệt độ cao trở nên hoạt động, có thể phản ứng với nhiều phi kim và kim loại.
Cháy trong không khí: C + O2 →CO2 ∆H0 = - 393 kJ/mol Ở nhiệt độ cao, C khử CO2: CO2 + C € 2CO ∆H0 = 172,4 kJ/mol Cacbon tác dụng với nhiều kim loại tạo cacbua kim loại.
Ở nhiệt độ cao, cacbon khử được nhiều hợp chất như: hơi H2O, clorat, nitrat; khi đun nóng, tác dụng được với axit nitric, axit sunfuric tạo ra CO2.
Đặc biệt khử được nhiều oxit kim loại giải phóng kim loại, ví dụ: CuO + C →to Cu + CO2