I. VỊ TRÍ VÀ CẤU HÌNH ELECTRON NGUYÊN TỬ
- Z = 6 : 1s22s22p2 => C ở ô thứ 6, nhóm IV, chu kì 2 của bảng tuần hoàn.
- Cacbon có 4 e lớp ngoài cùng có thể tạo được tối đa 4 liên kết cộng hóa trị.
II. TÍNH CHẤT VẬT LÝ
- C có nhiều dạng thù hình: kim cương, than chì và C vô định hình, fuleren.
- Kim cương:
+ tinh thể trong suốt, không màu, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém.
+ cứng nhất trong tất cả các chất.
- Than chì: tinh thể màu xám đen, có ánh kim, dẫn điện tốt nhưng kém hơn kim loại.
III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
- C có thể tồn tại với nhiều mức oxi hóa khác nhau nhưng thường gặp là: -4; 0; +2; +4
=> C có cả tính khử và tính oxi hoá nhưng tính khử vẫn là chủ yếu.
1. Cacbon là chất khử
a. Tác dụng với các phi kim
$\overset{0}{\mathop{C}}\,\,\,+\,\,{{O}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{0}}}\,\,\overset{+4}{\mathop{C}}\,{{O}_{2}}$
$\overset{0}{\mathop{C}}\,\,\,+\,\overset{+4}{\mathop{C}}\,{{O}_{2}}\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}\,\,2\overset{+2}{\mathop{C}}\,O$
b. Tác dụng với oxit kim loại
+ C khử được oxit của các kim loại đứng sau Al trong dãy hoạt động hóa học của kim loại:
$CuO + \overset{0}{\mathop{C}}\,~\,\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}~\,\,Cu + \,\overset{+2}{\mathop{C}}\,O$
$F{{e}_{2}}{{O}_{3}} + \overset{0}{\mathop{3C}}\,~\,\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}~\,\,2Fe + \,3\overset{+2}{\mathop{C}}\,O$
c. Tác dụng với các chất oxi hóa mạnh (H2SO4đặc, HNO3, KNO3, KClO3, K2Cr2O7...)
Trong các phản ứng này, C bị oxi hóa đến mức $\overset{+4}{\mathop{C}}\,{{O}_{2}}$
$\overset{0}{\mathop{C}}\,\,\,+\,2{{H}_{2}}S{{O}_{4}}{{~}_{}}~\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}\,\,\overset{+4}{\mathop{C}}\,{{O}_{2}}+2S{{O}_{2}}+2{{H}_{2}}O$
$\overset{0}{\mathop{C}}\,\,\,+\,4HN{{O}_{3}}{{~}_{}}~\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}\,\,\overset{+4}{\mathop{C}}\,{{O}_{2}}+4N{{O}_{2}}+2{{H}_{2}}O$
- Khi nhiệt độ cao, C tác dụng được với hơi nước:
$\overset{0}{\mathop{C}}\,\,\,+\,{{H}_{2}}O~\,\xrightarrow{{{t}^{0}}(100{{0}^{0}}C)}\,\,\overset{+2}{\mathop{C}}\,O+{{H}_{2}}$
$\overset{0}{\mathop{C}}\,\,\,+\,2{{H}_{2}}O~\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}\,\,\overset{+4}{\mathop{C}}\,{{O}_{2}}+2{{H}_{2}}$
2. Cacbon là chất oxi hóa
a. Tác dụng với H2
C + 2H2 $\xrightarrow{xt,\,{{t}^{0}}}$ CH4
b. Tác dụng với kim loại
4Al + 3C $\xrightarrow{{{t}^{0}}}$ Al4C3 (nhôm cacbua)
IV. ỨNG DỤNG
- Kim cương được dùng làm đồ trang sức. Trong kĩ thuật, kim cương được dùng làm mũi khoan, dao cắt thuỷ tinh, bột mài.
- 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 phụ.
- Than muội được dùng làm chất độn khi lưu hoá cao su, để sản xuất mực in, xi đánh giày.
V. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN
- Kim cương và than chì là cacbon ở dạng tự do gần như tinh khiết.
- Cacbon còn có trong các khoáng vật như canxit (đá vôi, đá hoa, đá phấn đều chứa CaCO3), magiezit (MgCO3), đolomit (CaCO3.MgCO3). Dầu mỏ, khí thiên nhiên là hỗn hợp của các chất khác nhau chứa cacbon. Cơ thể động thực vật cũng chứa nhiều hợp chất của cacbon.
