Bài 15. Cacbon

BÀI THUYẾT TRÌNH VỀ NGUYÊN TỐ
CACBON
. KHÁI QUÁT VỀ CACBON
. TÍNH CHẤT VẬT LÝ – HOÁ HỌC
. ỨNG DỤNG
. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN, ĐIỀU CHẾ
I - KHÁI QUÁT VỀ CACBON
KÍ HIỆU : C
Số hiệu nguyên tử: 6
Cấu hình electron: 1s22s22p2


Khối lượng nguyên tử: 12,011
Khối lượng riêng: 2,25g/cm3
Độ âm điện : 2,55
Nhiệt độ nóng chảy: 4 492 oC
Nhiêt độ sôi: 3 825 oC
Bán kính nguyên tử: 70 (67) pm
Bán kính cộng hoá trị: 77 pm
Năng lượng ion hoá I: 1086,5 KJ/Mol

Thông tin thêm về cacbon
Các sợi cacbon là tương tự như cacbon thủy tinh. Dưới các xử lý đặc biệt (kéo giãn các sợi hữu cơ và cacbon hóa) nó có khả năng sắp xếp các mặt tinh thể cacbon theo hướng của sợi. Vuông góc với trục của sợi không có các mặt tinh thể cacbon. Kết quả là các sợi có độ bền đặc biệt cao hơn cả thép.

Cacbon tồn tại trong mọi sự sống hữu cơ và nó là nền tảng của hóa hữu cơ. Phi kim này còn có thuộc tính hóa học đáng chú ý là có khả năng tự liên kết với nó và liên kết với một loạt các nguyên tố khác, tạo ra gần 10 triệu hợp chất đã biết. Khi liên kết với ôxy nó tạo ra cacbon điôxít là rất thiết yếu đối với sự sinh trưởng của thực vật. Khi liên kết với hiđrô, nó tạo ra một loạt các hợp chất gọi là các hiđrôcacbon là rất quan trọng đối với công nghiệp trong dạng của các nhiên liệu hóa thạch. Khi liên kết với cả ôxy và hiđrô nó có thể tạo ra rất nhiều nhóm các hợp chất bao gồm các axít béo, là cần thiết cho sự sống, và este, tạo ra hương vị của nhiều loại hoa quả.
II - TÍNH CHẤT


Carbon tạo thành một số dạng thù hình, khác nhau về tính chất vật lí.
Ba dạng được biết nhiều nhất là kim cương, Graphitvà cacbon vô định hình

KIM CƯƠNG
Kim cương là chất tinh thể không màu, trong suốt, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém, có khối lượng riêng là 3,51g/cm3.
Tinh thể kim cương thuộc loại tinh thể nguyên tử điển hình, trong đó mỗi nguyên tử cacbon tạo bốn 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 bốn 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 cả các chất.
Kim cương là khoáng vật có giá trị cao nhất trong hơn 3.000 mẫu khoáng vật mà con người biết đến.
GRAPHIT
Graphit hay than chì là một trong những chất mềm nhất. Trong than chì mỗi nguyên tử được liên kết theo kiểu tam giác với 3 nguyên tử khác, tạo thành các lưới 2 chiều của các vòng 6 thành viên ở dạng phẳng; các tấm phẳng này liên kết lỏng lẻo với nhau. 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 chì trộn với đất sét được sử dụng làm ruột bút chì
CACBON VÔ ĐỊNH HÌNH
Cacbon vô định hình là dạng thù hình tồn tại ở trạng thái phi tinh thể, không có quy luật và giống như thủy tinh.
Những dạng cacbon vô định hình có thể kể đến là: than hoạt tính than muội, than củi.
Trong các dạng đó than hoạt tính có ứng dụng rộng rãi hơn cả.
Trong y tế, than hoạt tính được sử dụng dưới dạng bột hay viên thuốc để hấp thụ các chất độc từ hệ thống tiêu hóa hay trong các thiết bị thở, dùng làm khẩu trang, mặt nạ phòng độc.
Trong công nghiệp, than hoạt tính được dùng để lọc tạp chất trong các sản phẩm khác nhau như: đường, các sản phẩm dược phẩm
CARBON NANO
Carbon nano được điều chế trong những năm 1994 gồm cacbon ống nano (Carbon nanotube), fulleren là các dạng cacbon biến tính được phát hiện ra trong quá trình phóng điện hồ quang giữa 2 điện cực than chì.
Cacbon ống nano có rất nhiều ứng dụng trong mực in và bột màu vì kích thước nano của nó. Ống nano cacbon cũng được triển khai trong các hệ thống cơ điện nano, bao gồm các thành phần bộ nhớ cơ học và motor điện cỡ nano.
Fulleren
Cacbon ống nano


Tác dụng với oxi

Cacbon cháy trong kk:
to
C + O2 CO2 Cacbon khử CO2 ở nhiệt độ cao:
to
CO2 + C 2CO

Cacbon không tác dụng trực tiếp với clo, brom, iot
Tác dụng với hợp chất

Ở nhiệt độ cao, cacbon có thể khử được nhiều oxit, phản ứng với nhiều chất oxi hoá khác như:HNO3, H2SO4 đ, KCLO3…

to
C + 4HNO3 đ CO2 + 4NO2 +2H20

TÍNH KHỬ
- Cacbon cháy trong oxi.
- Cacbon tác dụng với CuO ở nhiệt độ cao.

TÍNH OXI HOÁ
Tác dụng với hidro
ở nhiệt độ cao và có xúc tác tạo thành metan:

to,xt
C + 2H2 CH4
Tác dụng với kim loại
ở nhiệt độ cao tạo thành cacbua kim loại

to
4Al + 3C Al4C3
(Nhôm cacbua)

III - ỨNG DỤNG



Kim cương được sử dụng làm đồ trang sức.
Trong kĩ thuật, kim cương được dùng để chế tạo mũi khoan, dao cắt thủy tinh và bột mài.
2. Than
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 thụ. Loại than có khả năng hấp thụ mạnh được gọi là than hoạt tính. Than hoạt tính được dùng nhiều trong mặt nạ phòng độc, trong công nghiệp hóa chất và trong y học.
Than muội được dùng làm chất độn khi lưu hóa cao su, để sản xuất mực in, xi đánh giày,...
IV - TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN, ĐIỀU CHẾ


Trong tự nhiên, kim cương và than chì là cacbon tự do gần như tinh khiết. Ngoài ra, cacbon còn có trong các khoáng vật như canxi (đá vôi, đá phấn, đá hoa, chúng đều chứa CaCO3), magiezit (MgCO3), đolomit (CaCO3.MgCO3) (hình 3.4),...và là thành phần chính của các loại 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 hơn 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 lò điện, không có không khí.
Than cốc được điều chế bằng cách nung than mỡ khoảng 10000C trong lò cốc, không có không khí.
Than gỗ được tạo nên khi đốt cháy gỗ trong điều kiện thiếu không khí.
Than muội được tạo nên khi nhiệt phân metan có chất 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.


t0,xt

Nguồn: http://hoa.hoctainha.vn/Thu-Vien/Ly-Thuyet/3215/cacbon
MADE BY : LÊ VĂN KHẢI ( thiết kế Power Point)
NGUYỂN NGỌC ANH KHOA ( thiết kế Power Point)
NGUYỄN ĐỖ ĐĂNG KHOA ( tìm tư liệu)
PHẠM CAO MINH THÔNG ( tìm tư liệu)
ĐẶNG MINH HOÀNG ( thuyết trình)