Cacbon là phi kim hay kim loại? Tìm hiểu về Cacbon

Cacbon là phi kim hay kim loại?

Cacbon là nguyên tố hóa học bắt nguồn từ tiếng Pháp carbone, ký hiệu hóa học là C, số nguyên tử bằng 6, nguyên tử khối bằng 12.

Cacbon là một phi kim loại. Cacbon tồn tại chủ yếu trong mọi sự sống hữu cơ, là nền tảng của hóa học hữu cơ.  Nó được tìm thấy rất nhiều trong vũ trụ và chủ yếu được tìm thấy trong các mỏ than.

Tính chất vật lý của Cacbon

C có nhiều dạng thù hình: kim cương, than chì và C vô định hình, fuleren. Tính chất vật lý của cacbon phù thuộc vào hình thù của nó.

Kim cương là tinh thể trong suốt, không màu, không dẫn điện và dẫn nhiệt kém. Kim cương có cấu trúc tinh thể nguyên tử và là chất cứng nhất trong số các chất.

Than chì là tinh thể màu xám đen, có ánh kim loại, dẫn điện tốt nhưng kém kim loại. Than chì có tính chất lớp nên mềm, chúng để lại các vệt đen gồm nhiều lớp tinh thể khi vạch trên giấy.

Cacbon vô định hình gồm có than gỗ, than muội, than xương,.. Nhìn chung có tính chất vật lý là cấu tạo xốp, hấp thụ mạnh các chất khí và tan trong dung dịch.

Tính chất hóa học của cacbon

– Cacbon có thể tồn tại với nhiều mức oxi hóa khác nhau, nhưng phổ biến nhất là: -4; 0; +2; +4.

– C vừa có tính khử vừa có tính oxi hóa nhưng tính khử vẫn là chủ yếu.

Cacbon là chất khử

– Tác dụng với phi kim:

C + O₂ → CO₂

C + CO₂ → 2CO (400⁰C)

Phản ứng với oxit kim loại:

+ C có thể khử được oxit của các kim loại sau Al trong dãy phản ứng hoá học của kim loại:

CuO + C → Cu + CO (t⁰)

Fe₂O₃ + 3C → 2Fe + 3CO (t⁰)

+ Với CaO và Al₂O₃:

CaO + 3C → CaC₂ + CO (trong lò điện)

2Al₂O₃ + 9C → Al₄C₃ + 6CO (2000⁰C)

– Phản ứng với các chất oxi hóa mạnhthường gặp H₂SO₄ đặc, HNO₃, KNO₃, KClO₃, K₂Cr₂O₇… trong các phản ứng này, C bị oxi hóa đến mức +4 (CO₂).

C + 2H₂SO₄ đặc → CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O (t⁰)

C + 4HNO₃ đặc → CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O (t⁰)

C + 4KNO₃ → 2K₂O + CO₂ + 4NO₂ (t⁰)

– Khi ở nhiệt độ cao, C có thể phản ứng với hơi nước:

C + H₂O → CO + H₂ (1000⁰C)

C + 2H₂O → CO₂ + 2H₂

Cacbon là chất oxi hóa

–  Phản ứng với Hidro

Cacbon tác dụng với hidro ở nhiệt độ cao, áp suất thích hợp và có mặt của xúc tác Pt tạo thành khí metan.

C + 2H₂ → CH₄ (500⁰C; Ni)

– Phản ứng với kim loại → muối cacbua:

4Al + 3C → Al₄C₃ (t⁰) (Nhôm cacbua)

Ứng dụng Cacbon

Kim cương được dùng làm đồ trang sức. Trong kỹ thuật, kim cương được dùng làm mũi khoan, dao cắt thủy tinh và mài mòn.

Than chì được dùng làm điện cực; làm nồi, cốc nấu chảy hợp kim chịu nhiệt; sản xuất chất bôi trơn; Làm một cây bút chì màu đen.

Cacbon vô định hình: Mỗi loại đều có những ứng dụng nhất định. Tahnh hoạt tính sử dụng làm mặt nạ phòng hơi độc, chất khử mùi, khử màu,…

Bản chất cacbon

Như chúng ta đã đề cập trước đây, cacbon trong tự nhiên được tìm thấy trong mọi dạng sống và có mặt ở tất cả các dạng tinh thể: kim cương, than chì và fullerene. Chúng ta cũng có thể thấy các dạng khoáng vô định hình khác ngoài than đá như than non, than đá, than bùn và các dạng lỏng như dầu mỏ và các dạng khí như khí đốt tự nhiên. Chúng tôi sẽ liệt kê từng loại và mô tả đặc điểm của chúng.

Cacbon ở dạng tinh thể

Graphite: Là chất rắn màu đen có ánh kim loại chịu nhiệt. Nó có cấu trúc tinh thể gồm các nguyên tử cacbon liên kết với nhau bằng liên kết lục giác. Các nguyên tử này liên kết với nhau để tạo thành các tấm.

+ Kim cương: là một âm thanh rất chói tai có khả năng cho ánh sáng đi qua nó. Các nguyên tử cacbon trong kim cương được liên kết với nhau theo kiểu tứ diện.

Fullerenes: chúng là dạng phân tử của cacbon được tập hợp lại với nhiều nguyên tử và có dạng hình cầu tương tự như một quả bóng đá.

Cacbon dạng vô định hình

Trong trường hợp này, các nguyên tử cacbon không tham gia hoặc hình thành cấu trúc có trật tự không đều. Chúng có xu hướng có khá nhiều tạp chất và các nguyên tố khác. Hãy phân tích chúng là gì:

+ Than antraxit: Đây là loại khoáng sản than biến chất lâu đời nhất còn tồn tại. Nguồn gốc của nó bắt nguồn từ sự biến đổi của các loại đá do tác động của cả nhiệt độ, áp suất và tác dụng hóa học của chất lỏng trong tự nhiên. Chúng được hình thành chủ yếu vào kỷ Cacbon.

+ Than đá: là loại than khoáng được hình thành trong đá trầm tích có nguồn gốc hữu cơ. Sự hình thành xảy ra trong Đại Cổ sinh và có màu đen. Nó có một hàm lượng cao các chất bitum.

+ Than non: Là một loại than hóa thạch khoáng sản được hình thành từ than bùn bằng quá trình nén áp suất cao.

+ Than bùn: Đây là loại vật liệu có nguồn gốc hữu cơ có từ kỷ Đệ tứ và gần đây hơn nhiều so với các loại than trước đây. Nó thường được phân biệt bằng màu vàng nâu và khối xốp với tỷ trọng thấp. Nó bắt nguồn từ mảnh vụn thực vật.

+ Dầu mỏ và khí đốt tự nhiên: chúng là những nhiên liệu hóa thạch được biết đến nhiều nhất trên hành tinh. Chúng được tạo thành từ một hỗn hợp các chất hữu cơ, hầu hết là hydrocacbon. Các hydrocacbon này được hình thành thông qua quá trình phân hủy các chất hữu cơ bởi vi khuẩn kỵ khí. Vì lý do này, sự hình thành của nó diễn ra trong lòng đất ở độ sâu lớn và trong các điều kiện vật lý và hóa học đặc biệt. Đây là một quá trình diễn ra trong hàng triệu năm.