CHƯƠNG VIII. CACBON SILIC

Cacbon, silic thuộc phân nhóm chính nhóm IV. Nguyên tử của những nguyên tố này có 4 electron ở lớp ngoài cùng, chúng là những phi kim. I. Cacbon 1. Cấu tạo nguyên tử  Cacbon thiên nhiên là hỗn hợp hai đồng vị bền: (0,108%). NTK = 12,0115. 
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
CHƯƠNG VIII. CACBON SILICCHƯƠNG VIII. CACBON SILIC Cacbon, silic thuộc phân nhóm chính nhóm IV. Nguyên tử của những nguyêntố này có 4 electron ở lớp ngoài cùng, chúng là những phi kim.I. Cacbon 1. Cấu tạo nguyên tử  Cacbon thiên nhiên là hỗn hợp hai đồng vị bền: (98,982%) và (0,108%). NTK = 12,0115.  Cấu hình e ứng với trạng thái cơ bản: Do đó cacbon có thể có hoá trị II (liên kết cộng hoá trị)  Ở trạng thái kích thích, có 1e ở phân lớp 2s nhảy lên phân lớp 2p tạo thành4 e độc thân đồng nhất, vì thế cacbon có hoá trị IV trong hầu hết các hợp chất.  Ở trạng thái rắn, các nguyên tử cacbon liên kết với nhau theo kiểu kimcương hoặc graphit. 2. Các dạng thù hình và tính chất vật lý. Cacbon có 3 dạng thù hình: kim cương, than chì (graphit) và cacbon vô địnhhình. a) Kim cương Kim cương có cấu trúc mạng tinh thể nguyên tử, mỗi nguyên tử C liên kếtcộng hoá trị bền vững với 4 nguyên tử C xung quanh, tạo hình tứ diện đều. Sựđồng nhất và b ền vững của liên kết này khiến kim cương có tính rất cứng, khôngb ay hơi và trơ với nhiều chất hoá học. b) Than chì Tinh thể than chì (graphit) có cấu trúc lớp. Trên mỗi lớp, mỗi nguyên tử Cliên kết với 3 nguyên tử C khác bằng liên kết cộng hoá trị. Liên kết giữa nhữngnguyên tử C trong 1 lớp rất bền vững, liên kết giữa các lớp rất yếu, do vậy cáclớp trong tinh thể có thể trượt lên nhau. Cấu trúc này làm than chì mềm, trơn,dùng làm bút chì, bôi trơn các ổ bi. c) Cacbon vô định hình Cacbon vô đ ịnh hình (than cốc, than gỗ, bồ hóng,…) gồm những tinh thể rấtnhỏ, có cấu trúc không trật tự. Tính chất của cacbon vô định hình tuỳ thuộc vào nguyên liệu và phương phápđ iều chế chúng. Than gỗ và than xương có cấu tạo xốp nên chúng có khả năng hấp thụ mạnhcác chất khí và chất tan trong dd. 3. Tính chất hoá học Các d ạng thù hình của cacbon tuy có tính chất vật lý rất khác nhau nhưng tínhchất hoá học của chúng căn bản giống nhau: cháy trong oxi, cả kim cương vàthan chì đ ều tạo thành khí CO2. a) Phản ứng với oxi Khi cháy trong oxi, phản ứng toả nhiều nhiệt: Vì vậy cacbon được dùng chủ yế để làm nhiên liệu trong đêi sống, trong côngnghiệp. b) Phản ứng với các oxit kim loại. Cacbon khử được nhiều oxit kim loại. Ví dụ: c) Phản ứng với oxit phi kim Cacbon phản ứng với oxit của một số phi kim tạo thành các cacbon có liên kếtcộng hoá trị và rất rắn. Ví dụ: Đốt nóng cacbon trong khí CO2, tạo ra CO d) Phản ứng với hơi nước. Cacbon tác dụng với hơi nước ở nhiệt độ cao tạo ra khí thanh (một hỗn hợpgồm CO và H2) Khí than là nhiên liệu quan trọng trong công nghiệp. e) H ợp chất với các halogen. Cacbon tạo nhiều hợp chất với halogen: CF4, CCl4, CF2Cl2,… Trong đó CCl4đ ược d ùng làm dung môi, CF2Cl2 (freon) là chất làm lạnh trong các máy lạnh vànó là một trong các chất gây thủng tầng ozon. f) Trong các h ợp chất với hiđro và kim loại, cacbon có số oxi hoá âm. Ví dụ: 4. Các hợp chất quan trọng của cacbon a) Cacbon monooxit CO  Công thức cấu tạo: C  O  CO là khí không màu, không mùi, rất độc (gây chết người), CO hoá lỏng ở -191,5oC và hoá rắn ở -205 oC.  Ở to thường, CO rất trơ. ở to cao, CO bị cháy thành CO 2 cho ngọn lửa màux anh:  Với clo tạo thành photgen là một chất độc hoá học:  CO có tính khử mạnh, nó khử đ ược các oxit kim loại hoạt động vừa và yếu. Ví dụ: CO được dùng làm chất khử trong công nghiệp luyện kim. b) Cacbon đioxit CO2.  Công thức cấu tạo: O = C = O. Phân tử đối xứng, nguyên tử C và hainguyên tử O nằm trên một đường thẳng, do đó phân tử không phân cực.  CO2 là khí không màu, không mùi, nặng hơn không khí 1,5 lần. CO2 ít tan trong nước (ở 20oC, m ột thể tích nước hoà tan được 0,88 thể tíchCO2). Dưới áp suất thường, ở -78oC, khí CO2 hoá rắn, gọi là nước đá khô.  CO2 có tính chất của oxit axit và có tính oxi hoá yếu. + Tác dụng với H2O: H2CO3 là axit yếu, kém bền, khi bị đun nóng nó phân huỷ cho CO2 b ay ra. + Tác dụng với kiềm: + Tác dụng với kim loại: CO2 có thể oxi hoá một số kim loại có tính khử mạnh ở nhiệt độ cao: + Tác dụng với NH3 : Tạo thành ure.  Điều chế CO2: + Nung đá vôi: + Trong phòng thí nghiệm: - Ứng dụng của CO2: Chữa cháy. Trong công nghiệp thực phẩm, sản xuất xôđa, ure,… c) Muối cacbonat. Tồn tại 2 loại muối cacbonat. - Muối cacbonat trung hoà : Na2CO 3, CaCO3, … - Muối hiđrocacbonat (muối axit): Muối cacbonat của kim loại kiềm, amoni và hiđrocacbonat của kim loại kiềm,kiềm thổ (trừ NaHCO3) tan được trong nước, các muối cacbonat còn lại khôngtan. - Ở to cao : muối cacbonat kim loại kiềm không bị phân huỷ, cacbonat của cáckim loại khác phân huỷ, tạo ra oxit kim loại. - Muối hiđrocacbonat kém bền, bị phân huỷ ở > 100oC. Một vài muối (ví dụCa(HCO 3)2) chỉ tồn tại trong dd. - Muối cacbonat tá ...