Cacbon (C) - Tính chất vật lý và hóa học

1. Vị trí và cấu tạo của Cacbon

Cacbon (C) nằm ở ô số 6, chu kỳ 2, nhóm IVA. Cấu hình electron: 1s²2s²2p². Lớp ngoài cùng có 4 electron nên Cacbon có thể tạo ra tối đa 4 liên kết cộng hóa trị.

2. Các dạng thù hình của Cacbon

Cacbon có 3 dạng thù hình chính trong tự nhiên với tính chất vật lý khác biệt hoàn toàn do cấu trúc tinh thể khác nhau:

Kim cương: Tinh thể trong suốt, không dẫn điện, cứng nhất trong tự nhiên do cấu trúc mạng tinh thể nguyên tử tứ diện đều.
Than chì (Graphit): Tinh thể màu xám đen, mềm (để lại vệt đen), có khả năng dẫn điện tốt. Cấu trúc lớp phân tử dễ trượt lên nhau.
Fuleren: Phân tử C₆₀ có cấu trúc hình cầu rỗng giống quả bóng đá.

Ngoài ra còn có cacbon vô định hình (than gỗ, than mỏ, than xương…) có tính hấp phụ mạnh, được dùng làm mặt nạ phòng độc hoặc máy lọc nước.

3. Tính chất hóa học của Cacbon

Trong các hợp chất, Cacbon có các số oxi hóa: -4, +2, +4. Do đó, Cacbon vừa thể hiện tính khử, vừa thể hiện tính oxi hóa (tính khử đóng vai trò chủ yếu).

3.1. Tính khử (Tác dụng với chất oxi hóa)

Tác dụng với Oxi: Cacbon cháy trong oxi tỏa nhiều nhiệt, tạo ra khí cacbonic (CO₂). Ở nhiệt độ cao, C khử tiếp CO₂ sinh ra khí CO độc.
C + O₂ ⟶ CO₂ (t^o)
C + CO₂ ⟶ 2CO (t^o)
Tác dụng với hợp chất: Cacbon có khả năng khử một số oxit kim loại trung bình và yếu (ZnO, CuO, PbO) thành kim loại tự do ở nhiệt độ cao (dùng trong luyện kim). Nó cũng bị oxi hóa bởi HNO₃, H₂SO₄ đặc.
C + 2CuO ⟶ 2Cu + CO₂↑ (t^o)

3.2. Tính oxi hóa (Tác dụng với chất khử)

Tác dụng với Hiđro: Sinh ra khí metan (CH₄).
C + 2H₂ ⟶ CH₄ (t^o, xt)
Tác dụng với Kim loại: Tạo thành muối cacbua. Phổ biến nhất là canxi cacbua (CaC₂) dùng để sản xuất đất đèn.
3C + 4Al ⟶ Al₄C₃ (t^o)