Cacbon là gì? Tính chất vật lý – Hóa học của Cacbon

Chu Văn An

cacbon là gì? Carbon (C) là nguyên tố hóa học có số nguyên tử 6, thuộc nhóm IVA trong bảng tuần hoàn. Carbon có ba dạng thù hình chính, bao gồm: kim cương, than chì và carbon vô định hình. Trong bài viết dưới đây Labvietchem sẽ chia sẻ thông tin chi tiết về nguyên tố hóa học này với các bạn.

1. Cacbon là gì?

cacbon là gì? Carbon (C) là nguyên tố hóa học có số nguyên tử 6, thuộc nhóm IVA trong bảng tuần hoàn. Với tổng số sáu electron, nó được coi là một nguyên tố phi kim. Đặc biệt, cacbon có vai trò quan trọng trong hóa học với khả năng tạo ra nhiều hợp chất phong phú, đa dạng.

Hình 1: Carbon (C) là nguyên tố hóa học có số nguyên tử 6, thuộc nhóm IVA trong bảng tuần hoàn

Thông tin chi tiết về nguyên tố Carbon (C) như sau:

• Ký hiệu hóa học Cacbon: C
• Tên Latin: Carbonum
• Số nguyên tử: 6
• Chu kỳ: 2
• Hóa trị cacbon: IV và II
• Khối lượng nguyên tử của cacbon là bao nhiêu: 12,0107
• Carbon có bao nhiêu electron: Cấu hình electron: 1s2 2s2 2p2
• Số oxi hóa: – 4, 2, 4
• Độ âm điện: 2,5
• Mật độ: 3,515 g/cm3
• Nhiệt độ sôi: 4827 0C
• Nhiệt độ nóng chảy: 3550 0C
• Trạng thái tự nhiên: Rắn
• Nhiệt dung riêng: 0,709 J K-1g-1
• Độ dẫn điện: 155 Wm-1K-1
• Bán kính nguyên tử: 67 chiều
• Bán kính cộng hóa trị: 77 chiều
• Độ cứng theo thang Mohs: 10
• Độ dẫn điện: 1.105 Sm-1
• Đồng vị ổn định: 2
• Đồng vị không ổn định: 5
• Cacbon sơ cấp: 11,2603 eV
• Cacbon thứ cấp: 24,383 eV
• Cacbon bậc ba: 47,887 eV

2. Nguyên tố Carbon gồm những dạng thù hình nào?

Carbon có bao nhiêu dạng thù hình? Carbon có ba dạng thù hình chính: kim cương, than chì và carbon vô định hình (bao gồm than gỗ, than đá, than xương và nhiều loại khác). Các dạng cụ thể của một nguyên tố hóa học là các dạng khác nhau của nguyên tố do nguyên tố đó tạo ra. Ví dụ, nguyên tố oxy có hai dạng thù hình: oxy (O2) và ozone (O3).

Hình 2: Carbon có 3 dạng thù hình chính: kim cương, than chì và carbon vô định hình

3. Carbon có những tính chất vật lý nổi bật nào?

Có ba dạng thù hình chính của Carbon: Kim cương, than chì và carbon vô định hình. Mỗi dạng thù hình này có các đặc tính vật lý riêng biệt:

3.1. Kim cương

• Cấu trúc tinh thể: Khối, mang lại tính đối xứng cao và mật độ 3,50 g/cm³.
• Màu sắc: Kim cương không màu, trong suốt
• Độ cứng: Cứng nhất trong tự nhiên và có giá trị cao nhất trong số hơn 3.000 khoáng chất.
• Độ giòn: Trung bình đến tốt.
• Màu sắc: Đa dạng từ không màu đến nhiều màu khác nhau.

3.2. than chì

• Mềm và dẻo: Dễ uốn cong, do cấu trúc tinh thể và mức độ liên kết giữa các phân tử Carbon.
• Màu sắc: Xám đậm.
• Độ dẫn điện: Độ dẫn điện tốt do có các electron tự do trong cấu trúc tinh thể.
• Khả năng chống ăn mòn: Tốt, đặc biệt trong môi trường axit.
• Điểm nóng chảy thấp: Khoảng 327 độ C.

Hình 3: Tính chất vật lý nổi bật của Carbon

3.3. Fulleren

• Cấu trúc hình cầu: Mạng lưới ba chiều của các nguyên tử Carbon tạo nên hình dạng đặc biệt và độc đáo cho fullerene.
• Tính chất nano: Kích thước rất nhỏ, thuộc loại vật liệu nano.
• Độ cứng và độ bền: Tương đối cứng và bền do cấu trúc lưới ba chiều.
• Tính chất điện hóa: Có khả năng dẫn điện nhưng chuyển động của electron có thể bị hạn chế.

3.4. Tính chất của cacbon vô định hình là gì?

Carbon vô định hình như than gỗ và than đen có những đặc tính chung như: cấu trúc xốp, khả năng hấp thụ khí mạnh, hòa tan trong dung dịch.

4. Tính chất hóa học của Cacbon là gì?

Carbon là một phi kim có hoạt tính hóa học yếu nhưng có tính khử vượt trội. Tính chất hóa học của nó bao gồm các tính chất khử và oxy hóa như sau:

4.1. Tính chất khử của Carbon

Tính khử của Carbon được thể hiện rõ ràng khi phản ứng với các phi kim loại, oxit kim loại, chất oxy hóa mạnh, hơi nước, Cao và Al2O3. Cụ thể như sau:

4.1.1. C (Carbon) phản ứng với phi kim (O2)

Carbon cháy trong không khí và phản ứng hóa học sinh ra rất nhiều nhiệt, tạo thành sản phẩm CO2 và một số khí CO.

• 4C + O2 → +4CO2 (Điều kiện: Nhiệt độ)
• CO2 + C → 2CO (Điều kiện: Nhiệt độ)

4.1.2. C (Carbon) phản ứng với oxit kim loại

Carbon có khả năng khử các oxit kim loại như CuO, Fe2O3..

• CuO + C → Cu + CO (Điều kiện: Nhiệt độ)
• Fe2O3 + 3C → F2e + 3CO (Điều kiện: Nhiệt độ)

4.1.3. Cacbon phản ứng với chất oxi hóa mạnh

Khi Carbon phản ứng với các chất oxy hóa mạnh như: H2SO4 đậm đặc, HNO3, H2Cr2O7, KNO3, KClO3,… Carbon sẽ bị oxy hóa đến hóa trị +4 cao nhất để tạo thành khí CO2.

• C + 2H2SO4 đậm đặc → CO2 + 2SO2↑ + 2H2O (Điều kiện: Nhiệt độ)

Hình 4: Carbon là phi kim có hoạt tính hóa học yếu nhưng có tính khử vượt trội

4.1.4. Cacbon phản ứng với CaO hoặc Al2O3

Carbon khử oxit trong CaO và Al2O3, tạo thành nhiều hợp chất khác nhau.

• CaO + 3C → CaC2 + CO

Khi Carbon phản ứng với Al2O3 thì phản ứng sẽ khử Al2O3 và tạo ra khí Al4C3 và CO. Phản ứng sẽ xảy ra ở nhiệt độ 2000 0C.

• 2Al2O3 + 9C → Al4C3 + 6CO

4.1.5. Cacbon phản ứng với hơi nước ở nhiệt độ cao

Ở nhiệt độ cao, Carbon sẽ phản ứng với hơi nước tạo ra khí CO và H2.

• C + H2O → CO + H2↑ (Điều kiện: 1000 0C)
• C + 2H2O → CO2 + 2H2↑

4.2. Tính oxi hóa của cacbon là gì?

Carbon không chỉ có tính khử mà còn có tính oxi hóa. Khi phản ứng với H2 sẽ tạo ra CH4. Nếu nó phản ứng với kim loại sẽ tạo ra muối cacbua.

• C + 2H2 → CH4 (Điều kiện: 500 0C và có sự tham gia của Ni)
• 3C + 4Al → Al4C3 (Điều kiện: Nhiệt độ)

5. Phương pháp điều chế carbon là gì?

Cách điều chế carbon khác nhau tùy thuộc vào hình dạng của nó:

Hình 5: Các cách điều chế Carbon khác nhau tùy theo từng hình dạng

• Kim cương: Kim cương có thể được điều chế nhân tạo bằng cách nung than chì ở nhiệt độ khoảng 2.000 độ C và áp suất cao, thường đi kèm với việc sử dụng các chất xúc tác như Sắt, Niken hoặc Crom.
• Than cốc: Quá trình điều chế than cốc thường bắt đầu bằng việc nung than trong môi trường không khí, ở nhiệt độ cao khoảng 2.000 độ C. Sau đó, các sản phẩm dễ bay hơi được tạo ra, bao gồm nước, khí than và nhựa than đá. Cặn cacbon và khoáng chất dính lại với nhau tạo thành các hạt than ban đầu ở dạng rắn.
• Than chì: Carbon vô định hình được điều chế. Để điều chế than chì nhân tạo, than cốc được nung trong lò điện ở nhiệt độ cao khoảng 2.500 – 3.000 độ C, trong điều kiện không có không khí.
• Than củi: Than củi được điều chế bằng cách đốt củi trong môi trường thiếu không khí.

LabTrường Chu Văn An vừa giải đáp thắc mắc của bạn về Carbon là gì qua nội dung bài viết. Theo dõi các bài viết khác trên website để có thêm nhiều kiến ​​thức hay về hóa học, vật lý, y học và đời sống.