phan loai cac bon 1234

Phi kim này còn có thuộc tính hóa học đáng chú ý là có khả năng tự liên kết với nó và liên kết với một loạt các nguyên tố khác, tạo ra gần 10 triệu hợp chất đã biết.. 1.1 Các thuộc tính

phan loai cac bon

Mục lục

1.1 Các thuộc tính đặc trưng 1

1.1.1 Các thù hình 1

1.1.2 Sự phổ biến 2

1.1.3 Chu trình cacbon 2

1.1.4 Đồng vị 2

1.1.5 Hình thành trong các ngôi sao 3

1.1.6 Chu trình cacbon 3

1.2 Ứng dụng 3

1.2.1 Các ứng dụng khác 3

1.3 Lịch sử 4

1.4 Sản xuất 4

1.4.1 an chì 4

1.4.2 Kim cương 4

1.5 Các hợp chất 4

1.5.1 Hợp chất vô cơ 5

1.5.2 Hợp chất với kim loại 5

1.5.3 Mạch cacbon 5

1.6 Cảnh báo 5

1.7 Điều chế 5

1.8 am khảo 5

1.9 Xem thêm 6

1.10 Ghi chú 6

1.11 Liên kết ngoài 7

2 Cacbon điôxít 8 2.1 Các thuộc tính hóa-lý 8

2.2 Sử dụng 8

2.3 Băng khô 9

2.3.1 Sử dụng 9

2.3.2 Tiếp xúc 10

2.4 Sinh học 10

2.5 Khí quyển Trái Đất 11

i

ii MỤC LỤC

2.5.1 ay đổi trong quá khứ 11

2.6 ủy quyển Trái Đất 12

2.7 Trong vũ trụ 13

2.8 Lịch sử 13

2.9 Xem thêm 13

2.10 am khảo 13

2.11 Liên kết ngoài 13

3 Cacbohydrat 14 3.1 Cấu trúc 14

3.2 Phân loại 14

3.3 Monosaccharide 14

3.3.1 Phân loại các monosaccharide 15

3.3.2 Sử dụng trong sinh vật 15

3.4 Disaccharide 16

3.5 Xem thêm 16

3.6 am khảo 16

3.7 Ghi chú 16

3.8 Liên kết ngoài 17

4 Cacbon tetraclorua 18 4.1 Lịch sử và tổng hợp 18

4.2 Tính chất 18

4.3 Sử dụng 18

4.4 Phản ứng 19

4.5 Dung môi 19

4.6 An toàn 19

4.7 Xem thêm 19

4.8 Chú thích 19

4.9 Liên kết ngoài 20

4.10 Nguồn, người đóng góp, và giấy phép cho văn bản và hình ảnh 21

4.10.1 Văn bản 21

4.10.2 Hình ảnh 21

4.10.3 Giấy phép nội dung 22

Chương 1

Cacbon

Cacbon (bắt nguồn từ tiếng Pháp: carbone)[9]lànguyên

tố hóa họctrong bảng tuần hoàncó ký hiệu là C và

số nguyên tửbằng 6,nguyên tử khốibằng 12 Là một

nguyên tố phi kimcó hóa trị 4 phổ biến, cacbon có

nhiều dạng thù hình khác nhau, phổ biến nhất là 3

dạng thù hình gồm cacbon vô định hình, graphit và

kim cương

Các sợi cacbon là tương tự như cacbon thủy tinh Dưới

các xử lý đặc biệt (kéo giãn các sợi hữu cơ và cacbon

hóa) nó có khả năng sắp xếp các mặt tinh thể cacbon

theo hướng của sợi Vuông góc với trục của sợi không

có các mặt tinh thể cacbon Kết quả là các sợi có độ bền

đặc biệt cao hơn cả thép

Cacbon tồn tại đa số trong mọisự sốnghữu cơ và nó

là nền tảng củahóa hữu cơ Phi kim này còn có thuộc

tính hóa học đáng chú ý là có khả năng tự liên kết với

nó và liên kết với một loạt các nguyên tố khác, tạo ra

gần 10 triệu hợp chất đã biết Khi liên kết vớiôxynó tạo

racacbon điôxítlà rất thiết yếu đối với sự sinh trưởng

củathực vật Khi liên kết vớihiđrô, nó tạo ra một loạt

các hợp chất gọi là cáchiđrôcacbonlà rất quan trọng

đối với công nghiệp trong dạng của cácnhiên liệu hóa

thạch Khi liên kết với cả ôxy và hiđrô nó có thể tạo ra

rất nhiều nhóm các hợp chất bao gồm cácaxít béo, là

cần thiết cho sự sống, và este, tạo ra hương vị của nhiều

loại hoa quả

Đồng vị cacbon-14được sử dụng trong xác định tuổi

tuyệt đối cho các mẫu vật nguồn gốc sinh vật theo

phương phápđịnh tuổi bằng đồng vị cacbon, được ứng

dụng trongkhảo cổ họcvà nghiên cứuđịa chất kỷ Đệ

Tứ

1.1 Các thuộc tính đặc trưng

Carbon là nguyên tố đáng chú ý vì nhiều lý do.Các

dạng khác nhaucủa nó bao gồm một trong những chất

mềm nhất (graphit) và hai trong những chất cứng nhất

(graphene và kim cương, hayfullerene -hợp chất rất

cứng có thể nói là cứng nhất của carbon và các hợp

chất khác) cũng như làchất bán dẫntốt nhất, hơn cả

silic(graphene) Ngoài ra, nó có ái lực lớn để tạo raliên

kếtvới cácnguyên tửnhỏ khác, bao gồm cả các nguyên

tử cacbon khác, và kích thước nhỏ của nó làm cho nó

Biểu đồ pha cơ bản của cacbon, chỉ ra trạng thái của vật chất đối với các mức nhiệt độ và áp suất Phần gạch chéo là các điều kiện mà cacbon có thể ở trạng thái đa ổn định , khi đó hai pha

vàchu trình cacbon-nitơdự trữ và tái cung cấp một sốnăng lượng được sản sinh từMặt Trờivà cácngôi sao.Cacbon cũng có điểm thăng hoa cao nhất trong tất cảcác nguyên tố Trong điều kiệnáp suất khí quyểnnókhông có điểm nóng chảy vìđiểm ba trạng tháicủa nó

ở tại 10,8 ± 0,2 MPa và 4.600 ± 300 K (~4.330 ℃ hay 7.820

℉),[2][3]do đó nhiệt độ thăng hoa của nó trong trườnghợp này vào khoảng 3.900 K.[11][12]

1.1.1 Các thù hình

Các thù hình của cacbon là khác nhau về cấu trúc mạngnguyên tử mà các nguyên tử tinh khiết có thể tạo ra

Ba dạng được biết nhiều nhất làcacbon vô định hình,

graphitvàkim cương Một số thù hình kỳ dị khác cũng

đã được tạo ra hay phát hiện ra, bao gồm cácfullerene,

cacbon ống nanovàlonsdaleit Muội đèn bao gồm các

bề mặt dạng graphit nhỏ Các bề mặt này phân bổ ngẫu1

2 CHƯƠNG 1 CACBON

nhiên, vì thế cấu trúc tổng thể là đẳng hướng.Cacbon

thủy tinhlà đẳng hướng và có tỷ lệ độ xốp cao Không

giống như graphit thông thường, các lớp graphit không

xếp lên nhau giống như các trang sách, mà chúng có sự

sắp xếp ngẫu nhiên

Ở dạng vô định hình, cacbon chủ yếu có cấu trúc tinh

thể củagraphit nhưng không liên kết lại trong dạng

tinh thể lớn Trái lại, chúng chủ yếu nằm ở dạng bột và

là thành phần chính củathan,muội,bồ hóng,nhọ nồi

vàthan hoạt tính

Ở áp suất bình thường cacbon có dạng của graphit,

trong đó mỗi nguyên tử liên kết với 3 nguyên tử

khác trong mặt phẳng tạo ra các vònglục giác, giống

như các vòng trong các hiđrôcacbon thơm Có hai

dạng của graphit đã biết, là alpha (lục giác) và beta

(rhombohedral), cả hai có các thuộc tính vật lý giống

nhau, ngoại trừ về cấu trúc tinh thể Các loại graphit có

nguồn gốc tự nhiên có thể chứa tới 30% dạng beta, trong

khi graphit tổng hợp chỉ có dạng alpha Dạng alpha có

thể chuyển thành dạng beta thông qua xử lý cơ học và

dạng beta chuyển ngược thành dạng alpha khi bị nung

nóng trên 1000 °C

Vì sự phi tập trung hóa của cácđám mây pi, graphit có

tínhdẫn điện Vật liệu vì thế là mềm và các lớp, thường

xuyên bị tách ra bởi các nguyên tử khác, được giữ cùng

nhau chỉ bằng cáclực van der Waals, vì thế chúng dễ

dàng trượt trên nhau

Ở áp suất cực kỳ cao các nguyên tử cacbon tạo thành

thù hình gọi làkim cương, trong đó mỗi nguyên tử được

liên kết với 4 nguyên tử khác Kim cương có cấu trúc

lập phương nhưsilicvàgecmanivà vì độ bền của các

liên kếtcacbon-cacbon, cùng với chấtđẳng điện nitrua

bo(BN) là những chất cứng nhất trong việc chống lại

sự mài mòn Sự chuyển hóa thànhgraphitở nhiệt độ

phòng là rất chậm và khong thể nhận thấy Dưới các

điều kiện khác, cacbon kết tinh như làLonsdaleit, một

dạng giống như kim cương nhưng có cấu trúc lục giác

Các fulleren có cấu trúc giống như graphit, nhưng thay

vì có cấu trúc lục giác thuần túy, chúng có thể chứa 5

(hay 7) nguyên tử cacbon, nó uốn cong các lớp thành

các dạng hình cầu, elip hay hình trụ Các thuộc tính

của các fulleren vẫn chưa được phân tích đầy đủ Tất

cả các tên gọi của các fulleren lấy theo tên gọi của

Buckminster Fuller, nhà phát triển củakiến trúc mái

vòm, nó bắt chước cấu trúc của các “buckyball”

1.1.2 Sự phổ biến

Cacbon là nguyên tố phổ biến thứ 4 trong vũ trụ về

khối lượng sau hydro, heli, và ôxy Cacbon có rất nhiều

trongMặt Trời, cácngôi sao,sao chổivà bầu khí quyển

của phần lớn cáchành tinh Một sốthiên thạchchứa các

kim cương vi tinh thể, loại được hình thành khihệ Mặt

Trờivẫn còn là mộtđĩa tiền hành tinh Các kim cương

vi tinh thể này có thể đã được tạo ra bằng áp lực rất

mạnh và nhiệt độ cao tại những nơi mà thiên thạch đó

va chạm.[13]

Có khoảng 10 triệu hợp chất khác nhau của cacbon mà

khoa họcđã biết và hàng nghìn trong số đó là tối quantrọng cho các quá trình của sự sống và cho các phảnứng trên cơ sở hữu cơ rất quan trọng về kinh tế Trong

tổ hợp với các nguyên tố khác, cacbon được tìm thấytrong bầu khí quyển Trái Đất và hòa tan trong mọi thựcthể có chứa nước Với một lượng nhỏ hơn củacanxi,

magiêvàsắt, nó tạo ra thành phần chủ yếu của mộtlượng rất lớnđá cacbonat(đá vôi,đôlômit,đá cẩm thạch

v.v.) Khi tổ hợp vớihiđrô, cacbon tạo thànhthan,dầu

mỏvàkhí tự nhiên, còn được gọi là cáchiđrôcacbon.Graphit được tìm thấy với một số lượng lớn ở các bang

New YorkvàTexas(Mỹ);Nga;México;Greenlandvà

Ấn Độ.Kim cương tự nhiên có trong khoáng chấtkimberlittìmthấy trong các “cổ" hay "ống” núi lửa cổ đại Phần lớncác mỏ kim cương nằm ởchâu Phi, chủ yếu làNam Phi,

Namibia,Botswana,Cộng hòa CongovàSierra Leone.Cũng có các mỏ ở Arkansas, Canada, vùng Bắc cực

nước Nga,Brasilvà ở miền bắc và tây nướcÚc

1.1.3 Chu trình cacbon

Bài chính: Chu trình cacbon

Trong những điều kiện củaTrái Đất, sự chuyển hóa từmộtđồng vịsang một đồng vị khác là rất hiếm Vì thế,đối với các mục đích thực tiễn, khối lượng của cacbontrên Trái Đất có thể coi là một hằng số Vì vậy các quátrình sử dụng cacbon phải thu nhận nó từ một nơi nào

đó và giải phóng nó ở một nơi nào khác Chu trình màcacbon luân chuyển trong môi trường được gọi là chutrình cacbon Ví dụ, thực vật lấy cacbon điôxít từ môitrường và sử dụng nó để tạo ra khối lượng sinh học.Một số trong khối lượng sinh học này được động vật

ăn, ở đó một phần chúng cuối cùng lại được thải radưới dạng cacbon điôxít Chu trình cacbon trong thực

tế phức tạp hơn nhiều so với ví dụ nhỏ này; ví dụ, mộtphần cacbon điôxít bị hòa tan trong nước biển; các độngthực vật chết có thể trở thành đá trầm tích v.v

1.1.4 Đồng vị

Cacbon có 2đồng vịổn định, có nguồn gốc tự nhiên:

cacbon-12, hay12C, (98,89%) và cacbon-13, hay13C,(1,11%),[14] Năm1961,Liên đoàn ốc tế về Hoá học

uần túy và Ứng dụng(IUPAC) đã chấp nhận đồng vị

cacbon-12làm cơ sở để đokhối lượng nguyên tử.[15]Một đồng vị không ổn định, cũng có nguồn gốc tựnhiên làđồng vị phóng xạ cacbon-14hay14C Đồng

vị14C phát sinh do sự tương tác củaneutron1n trong

bức xạ vũ trụvớinitơ14N trong khí quyển Nó được

thực vậthấp thụ bằng quá trìnhquang hợpnhư vớimọi đồng vị carbon khác, và lan truyền vào mọicơ thể

1.2 ỨNG DỤNG 3

sốngtheochuỗi thức ăn Khi sinh vật chết chúng lắng

đọng trong các tầng đất, đặc biệt trongthan bùnvà các

vật liệu hữu cơ khác.[16]Đồng vị này phân rã bằng cách

phát xạ hạtβ−có năng lượng 0,158 MeV Dochu kỳ bán

rãcó 5730 năm,14C hầu như không có mặt trong các đá

cổ,[17]Sự phong phú của14C trongkhí quyểnvà trong

cáccơ thể sốnglà một hằng số, nhưng chúng sẽ giảm

sau khi sinh vật đó chết đi, và tỷ số đồng vị14C/12C

nói lên quãng thời gian chết của chúng Nguyên tắc

này được sử dụng trong phương phápđịnh tuổi bằng

đồng vị cacboncho mẫu vật, đượcWillard Libbyphát

minh năm 1949, và nay được sử dụng rộng rãi để xác

định tuổi của các mẫu vật chứa cacbon với giới hạn lên

đến khoảng 60.000 năm[18][19] và được ứng dụng chủ

yếu trongkhảo cổ học

Tỷ số đồng vị13C/12C trongtrầm tíchcổ được sử dụng

để nghiên cứucổ khí hậu(Paleoclimate) Nó dựa trên

hiện tượng thực vật thực hiện quang hợpvới12C dễ

hơn Do đó nhữngsinh vật phù duở biển như benthic

foraminifera khi phát triển mạnh thì làm lệch tỷ số

đồng vị Nếu các tầng nướcđại dươngkhông bịđối lưu

pha trộn, thì sự lệch tỷ số này xảy ra trong thời gian

dài, và dấu hiệu này được lưu giữ trong các tầngtrầm

tíchbiển (Lynch-Stieglitz et al., 1995)[20]

Tổng số đồng vị carbon là 15, từ8C đến22C, trong đó

12 đồng vị là nhân tạo Đồng vị có tuổi ngắn nhất là

8C, nó phân rã theobức xạ protonvàphân rã alpha, có

chu kỳ bán rãlà 1,98739x10−21s[21] Đồng vị kích thích

19C thể hiện tính chất của một hạt nhân halo, tức là bán

kính của nó có thể lớn hơn đáng kể so với bán kính dự

đoán nếu hạt nhân nguyên tử là một khối hình cầu có

tỷ trọng không đổi.[22]

1.1.5 Hình thành trong các ngôi sao

Cacbon đã không được tạo ra trongVụ Nổ Lớn(e Big

Bang) vì thiếu các yếu tố cần thiết cho sự va chạm ba

của các hạt alpha (hạt nhânheli) để sản xuất nó Vũ trụ

đầu tiên được mở rộng ra và bị làm nguội quá nhanh

để điều này có thể xảy ra Tuy nhiên, nó được sản xuất

trong tâm của các ngôi sao trongnhánh ngang, ở đó

các ngôi sao chuyển hóa nhânhelithành cacbon bằng

các cách thức củaquy trình ba-alpha Nó cũng đã được

tạo ra trong các trạng thái nguyên tử phức tạp

1.1.6 Chu trình cacbon

Trong các điều kiện trên Trái Đất, sự chuyển biến từ

một nguyên tố này thành một nguyên tố khác là rất

hiếm Dù vậy, hàm lượng cacbon trên Trái Đất là không

đổi Do đó, các quá trình sử dụng cacbon phải tiêu thụ

nó ở một nơi và thải ra ở một nơi khác Những cách

mà cacbon di chuyển trong môi trường tạo thành một

chu trình gọi làchu trình cacbon Một phần của sinh

Carbon Cycle

Rivers

Storage in GtC

Atmosphere 750

Deep Ocean 38.100

Vegetation 610

Sediments 150

Fossil Fuels &

Cement Production 4,000

Surface Ocean 1,020

Dissolved Organic Carbon

<700

Soils 1,580

Marine Biota 3

Fluxes in GtC/yr

121.3

60 1.6

0.5

92 90

50

6 4 40

6 91.6

0.2 100

5.5

60

Sơ đồ chu trình cacbon.

khối này được độn vật tiêu thụ, trong khi một lượngcacbon được động vật thảy ra ở dạng cacbon đi-ô-xít.Chu trình cacbon được xem là phức tạp hơn vòng tuầnhoàn ngắn này; ví dụ như cacbon điôxít bị hòa tan trongcác đại dương; thực vật chất hoặc xác động vật có thểhình thành nêndầu mỏhoặcthan, nếu đốt chúng sẽthải ra cacbon.[23][24]

1.2 Ứng dụng

Cacbon là các thành phần thiết yếu cho mọi sự sống

đã biết, và không có nó thì sự sống mà chúng ta đãbiết không thể tồn tại (XemSự sống phi cacbon) Việc

sử dụng kinh tế chủ yếu của cacbon là trong dạng cáchiđrôcacbon, chủ yếu là cácnhiên liệu hóa thạchnhư

than, khímêtanvàdầu mỏ (xăng dầu) Dầu mỏ được

sử dụng trongcông nghiệp hóa dầuđể sản xuất ra cácsản phẩm nhưxăngvàdầu hỏa, thông qua các quy trình

chưng cấttronglọc dầu Dầu mỏ cũng là nguồn nguyênliệu cho nhiều chất hữu cơ tổng hợp khác, rất nhiềutrong số chúng gọi chung là cácchất dẻo(plastic)

1.2.1 Các ứng dụng khác

• Đồng vịCacbon-14được phát hiện vào ngày 27tháng 2năm1940và được sử dụng trongđịnh tuổibằng đồng vị phóng xạ

• Một số các thiết bị phát hiện sử dụng một lượng

nhỏđồng vị phóng xạcủa cacbon làm nguồnbức

xạ ion hóa(Phần lớn các thiết bị như thế sử dụngđồng vị củaAmerici)

• Graphit kết hợp vớiđất sétđể tạo ra 'chì' sử dụngtrong các loạibút chì

• Kim cương được sử dụng vào mục đích trang sức

hay trong các mũi khoan và các ứng dụng khácđòi hỏi độ cứng cao của nó

4 CHƯƠNG 1 CACBON

• Cacbon được thêm vào quặngsắtđể sản xuấtgang

vàthép

• Cacbon dưới dạng than chì được sử dụng như là

các thanhđiều tiết nơtrontrong cáclò phản ứng

hạt nhân

• Graphit cacbon trong dạng bột, bánh được sử dụng

như là than đểđun nấu, bột màu trongmỹ thuật

và các sử dụng khác

• an hoạt tính được sử dụng trong y tế trong dạng

bột hay viên thuốc để hấp thụ các chất độc từ hệ

thống tiêu hóa hay trong các thiết bị thở

Các thuộc tính hóa học và cấu trúc của các fulleren,

trong dạng cáccacbon ống nano, có ứng dụng đầy hứa

hẹn trong các lĩnh vực mới phát sinh của công nghệ

nano

1.3 Lịch sử

Ít ai nghĩ sợi carbon (Carbon fiber – CF) được sáng chế

vào năm 1879 bởi omas Edison và được coi là loại sợi

tổng hợp cổ nhất của loài người, lại có giá trị lớn lao

đến thế đối với sự phát triển khoa học kỹ thuật hiện

đại Ban đầu, nhà phát minh này đã sử dụng sợi carbon

làm dây tóc của bóng đèn Mặc dù lúc đó sợi sợi carbon

không giống như sợi carbon ngày nay, nhưng chúng lại

có sức chịu đựng đáng kể với nhiệt độ, điều này khiến

cho sợi carbon trở thành ý tưởng không tồi cho các loại

sợi dẫn điện

Edison chế tạo sợi carbon dựa trên chất xenluloza gồm

có coon hoặc tre, hoàn toàn không giống như sợi

carbon ngày nay làm từ dầu mỏ Sự carbon hóa được

tiến hành từ việc đốt cháy các sợi tre ở nhiệt độ cao

trong môi trường tiêu chuẩn dưới sự kiểm soát chặt

chẽ omas Edison đã mất 40 giờ đốt cháy liên tục

vật chất trên nhằm loại bỏ oxy, nitơ, hydro và chỉ giữ

lại carbon để tạo ra những sợi carbon đầu tiên trên thế

giới Phương pháp chế tạo trên được gọi là “nhiệt phân”

và vẫn được dùng trong thời đại ngày nay Kết quả là

những sợi tre được “carbon hóa” có khả năng chịu lửa

và nhiệt độ cao – điều kiện cần thiết cho sự cháy sáng

của dây tóc bóng đèn

Về sau, đến tận những năm 1950 khả năng kéo giãn của

sợi carbon mới được khám phá Người đầu tiên được

cho là tạo ra sợi carbon ngày nay có tên là Rayon Ngày

nay, sợi carbon hiện đại được sản xuất bởi một vật liệu

có tên là polyacrylonitrile (PAN), đây cũng là nguyên

liệu được sử dụng để sản xuất hầu hết khối lượng sợi

carbon hiện tại

1.4 Sản xuất

1.4.1 Than chì

Các mỏ than chì tự nhiên có giá trị thương mại xuấthiện nhiều nơi trên thế giới, nhưng các nguồn quantrọng nhất có giá trị kinh tế tập trung ởTrung ốc,

Ấn Độ,BrazilvàBắc Hàn Các mỏ than chì có nguồngốcbiến chất, được tìm thấy cùng vớithạch anh,mica

vàfeldspartrong các đá phiến,gneissvà cát kết vàđávôibị biến chất ở dạng thấu kính hoặc mạch, đôi khi

có bề dày một mét hoặc lớn hơn Các mỏ than chì ở

Borrowdale,Cumberland,Anhđầu tiên có kích thước

và độ tinh khiết (cho đến thế kỷ 19) đủ để làm cáccâybút chìbằng cách đơn giản là cưa chúng thành cácque và lấp vỏ gỗ vào Ngày nay, các mỏ than chì nhỏhơn được khai thác bằng cách nghiền đá gốc và dùngphương pháp tuyển nổi để lấy than chì nhẹ hơn nổi trênmặt.[25]

Có ba loại than chì tự nhiên gồm: vô định hình, than chìlớp, và mạch an chì vô định hình có chất lượng thấp

và phổ biến nhất Khác với khoa học, trong công nghiệp

“vô định hình” ở đây đê cập đến kích thước tinh thểrất nhỏ thay vì không có một cấu trúc tinh thể rõ ràng.Dạng vô định hình được sử dụng cho các sản phẩm thanchì có giá trị thấp và là than chì có giá thấp nhất Mộtlượng lớn các mỏ than chì vô định hình được phát hiện

ở Trung ốc, châu Âu, Mexico và Hoa Kỳ an chìFlake ít phổ biến hơn và có chất lượng cao hơn dạng

vô định hình; nó có mặt ở dạng các tấm tách biệt đượckết tinh trong đá biến chất an chì Flake có thể đắtgấp 4 lần dạng vô định hình Flake chất lượng tốt cóthể được xử lý thành than chì có thể giãn nở được dùngcho nhiều mục đích khác nhau nhưchất chống cháy.Các mỏ quan trọng nhất của dạng này được tìm thấy

ở Áo, Brazil, Canada, Trung ốc, Đức và Madagascar

an chì dạng mạch là hiếm nhất, có giá trị nhất, và làloại than chì tự nhiên có chất lượng cao nhất Nó xuấthiện ở các dạng mạch dọch theo các nơi tiếp xúc với đáxâm nhập, và loại thương mại được khai thác chỉ có tạiSri Lanka.[25]

eoUSGS, sản lượng than chì tự nhiên trên thế giới là1,1 triệu tấn năm 2010, trong đó Trung ốc là 800.00tấn, Ấn Độ 130.000 tấn, Brazil 76.000 tấn, Bắc Hàn30.000 tấn và Canada 25.000 tấn an chì không cónguồn gốc tự nhiên đã được khai thác ở Hoa Kỳ, nhưng118.000 tấn than chì tổng hợp có giá trị khoảng 998triệu USD đã được sản xuất năm 2009.[25]

1.4.2 Kim cương

1.5 Các hợp chất

1.6 CẢNH BÁO 5

1.5.1 Hợp chất vô cơ

Các hợp chất chứa cacbon phổ biến liên quan đến các

khoáng vật hoặc không chứa hydro hoặc flo được xem

là một nhóm cáchợp chất vô cơriêng biệt; tuy nhiên

định nghĩa này là không cứng nhắc Ôxít nổi tiếng nhất

của cacbon làcacbon điôxít, CO2 Nó là thành phần

nhỏ củaKhí quyển Trái Đất[26], được sử dụng và sản

sinh ra bởi các thực thể sống, và nó có mặt ở mọi nơi

Trongnướcnó tạo thành một lượng nhỏaxít cacbonic,

H2CO3, nhưng giống như phần lớn các hợp chất với

nhiều liên kết của các đơn nguyên tử ôxy trên một

nguyên tử cacbon duy nhất là không bền.[27]ông qua

trung gian này, cácion cacbonatổn định hơn được tạo

ra Một số khoáng chất quan trọng là các cacbonat, nổi

tiếng nhất làcanxít.Cacbon đisulfua, CS2, là tương tự

Các ôxít khác làcacbon mônôxít, CO và cacbon subôxít

không phổ biến lắm, C3O2 Cacbon mônôxít được tạo

ra do sự cháy không hết, và nó là chất khí không

màu, không mùi Các phân tử đều có liên kết ba và

là phân cực thật sự, kết quả là chúng có xu hướng

liên kết vĩnh cửu với các phân tử hemoglobin, vì

thế khí này là một khí rất độc.[28][29] Xyanua, CN-,

có cấu trúc tương tự và có các tính chất rất giống

với các ion halua; nitrua xyanogen, (CN)2, là tương

tự Ví dụ, nó có thể tạo thành phân tử cyanogen

nitrit (CN)2), tương tự như halua 2 nguyên tử Cá ôxít

không phổ biến khác nhưcacbon suboxide(C3O2),[30]

dicacbon monoxit không bền (C2O),[31][32] cacbon

trioxit (CO3),[33][34] cyclopentanepenton (C5O5)[35]

cyclohexanehexon (C6O6),[35] và mellitic anhydrit

(C12O9)

Khi phản ứng với các kim loại nhưtungsten, cacbon tạo

thành cáccarbua(C4–), hoặcacetylua(C2−2) từ đó tạo

ra các hợp kim có nhiệt độ nóng chảy cao các anion

này cũng kết hợp vớimetanvàacetylen, cả hai đều là

các axít rất yếu Với độ âm điện 2,5,[36]cacbon tạo nên

các liên kết cộng hóa trị Một vài cacbua có các ô mạng

cộng hóa trị, giống nhưCacborunđum(SiC), có cấu trúc

tương tựkim cương

1.5.2 Hợp chất với kim loại

Với cáckim loạimạnh cacbon tạo ra hoặc là các cacbua,

C-, hoặc các axetylua, C2 2-; các ion này có liên quan với

mêtanvàaxetylen, cả hai đều là cácaxítrất yếu Trên

tất cả, với độ điện âm 2,55, cacbon có xu hướng tạo ra

các liên kếtcộng hóa trị Một số cacbua là các lưới cộng

hóa trị, giống nhưcacborundum, SiC, là chất giống với

Có nhiều hợp chất của cacbon là những chất độc chếtngười như các (xyanua, CN-), haycacbon mônôxít, CO

và một số các chất có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợpkhác

1.7 Điều chế

Cách để điều chế cacbon là dùng kim loại mạnh lànhôm hoặc ma-giê để khử một hợp chất oxit cacbonbất kì thành cacbon Ví dụ:

2Al + 3CO → Al2O3+ 3C2Mg + CO2→ 2MgO + C

Sau đó cho hỗn hợp vào một dung dịch axit (không

có tính ôxi hóa mạnh) như HCl, H2SO4loãng để hòatan Al2O3 hoặc MgO, còn lại cacbon không tan, talọc cacbon ra khỏi dung dịch Ngoài ra có thể điềuchế cacbon theo các phương trình sau nhưng hiệu suấtkhông cao do khí hiđro rất dễ bay lên:

CO + H2↔ C + H2O (Nhiệt độ khoảng 1050

độ C)

CO + 3H2 → CH4↑ + H2O (Chất xúc tác:Niken, 250 độ C)

EnvironmentalChemistry.com per the guidelines

atWikipedia’s WikiProject Elements

6 CHƯƠNG 1 CACBON

1.9 Xem thêm

• Hóa hữu cơ

• Hóa vô cơ của cacbon

• Cácthù hình của cacbon

• Kim cương

• Cácthuộc tính của kim cương

1.10 Ghi chú

[1] Lide, D R biên tập (2005) CRC Handbook of Chemistry

and Physics (ấn bản 86) Boca Raton (FL): CRC Press.

ISBN 0-8493-0486-5

[2] Haaland, D (1976) “Graphite-liquid-vapor triple point

pressure and the density of liquid carbon” Carbon 14:

357.doi:10.1016/0008-6223(76)90010-5

[3] Savvatimskiy, A (2005) “Measurements of the

melting point of graphite and the properties of liquid

carbon (a review for 1963–2003)” Carbon 43: 1115.

doi:10.1016/j.carbon.2004.12.027

[4] “Fourier Transform Spectroscopy of the System of CP”

(PDF) Truy cập ngày 6 tháng 12 năm 2007

[5] “Fourier Transform Spectroscopy of the Electronic

Transition of the Jet-Cooled CCI Free Radical”(PDF)

Truy cập ngày 6 tháng 12 năm 2007

[6] “Carbon: Binary compounds” Truy cập ngày 6 tháng 12

năm 2007

[7] Properties of diamond, Ioffe Institute Database

[8] Magnetic susceptibility of the elements and inorganic

compounds, in Handbook of Chemistry and Physics

81st edition, CRC press

[9] Yoonjung Kang, Andrea Hòa Phạm, Benjamin Storme

French loanwords in Vietnamese: the role of input

language phonotactics and contrast in loanword

adaptation Trang 7

[10] Chemistry Operations (ngày 15 tháng 12 năm 2003)

“Carbon” Los Alamos National Laboratory.Bản gốclưu

trữ ngày 13 tháng 9 năm 2008 Truy cập ngày 9 tháng

10 năm 2008

[11] Greenville Whiaker, A (1978) “e controversial

carbon solid−liquid−vapour triple point” Nature

276 (5689): 695–696. Bibcode:1978Natur.276 695W

doi:10.1038/276695a0

[12] Zazula, J M (1997).“On Graphite Transformations at

High Temperature and Pressure Induced by Absorption

of the LHC Beam”(PDF) CERN Truy cập ngày 6 tháng

6 năm 2009

[13] Mark, Kathleen (1987) Meteorite Craters University of

Arizona Press.ISBN 0-8165-0902-6

[14] “Carbon – Naturally occurring isotopes” WebElementsPeriodic Table Truy cập ngày 9 tháng 10 năm 2008.[15] “Official SI Unit definitions” Truy cập ngày 21 tháng 12năm 2007

[16] Brown, Tom (ngày 1 tháng 3 năm 2006) “CarbonGoes Full Circle in the Amazon” Lawrence LivermoreNational Laboratory Truy cập ngày 25 tháng 11 năm2007

[17] Bowman, S (1990) Interpreting the past: Radiocarbon

dating British Museum Press.ISBN 0-7141-2047-2 Đãđịnh rõ hơn một tham số trong |author= và |last= (trợgiúp); Đã định rõ hơn một tham số trong |author= và

|last= (trợ giúp)

[18] Libby, W F (1952) Radiocarbon dating Chicago

University Press and references therein

[19] Westgren, A (1960) “e Nobel Prize in Chemistry1960” Nobel Foundation Truy cập ngày 25 tháng 11năm 2007

[20] Lynch-Stieglitz et al Past Ocean Dynamics

[21] “Use query for carbon-8” barwinski.net Truy cập ngày

21 tháng 12 năm 2007

[22] Watson, A (1999) “Beaming Into the Dark Corners

of the Nuclear Kitchen” Science 286 (5437): 28–31.

doi:10.1126/science.286.5437.28.[23] Falkowski, P.; Scholes, RJ; Boyle, E; Canadell, J;Canfield, D; Elser, J; Gruber, N; Hibbard, K; Högberg,

P (2000) “e Global Carbon Cycle: A Test of Our

Knowledge of Earth as a System” Science 290 (5490):

291–296.Bibcode:2000Sci…290 291F PMID 11030643

doi:10.1126/science.290.5490.291.[24] Smith, T M.; Cramer, W P.; Dixon, R K.; Leemans,R.; Neilson, R P.; Solomon, A M (1993) “e global

terrestrial carbon cycle” Water, Air, & Soil Pollution 70:

19–37.doi:10.1007/BF01104986.[25] USGS Minerals Yearbook: Graphite, 2009and Graphite:Mineral Commodity Summaries 2011

[26] Levine, Joel S.; Augustsson, Tommy R.; Natarajan,Murali (1982) “e prebiological paleoatmosphere:stability and composition” Origins of Life

and Evolution of Biospheres 12 (3): 245–259.

Bibcode:1982OrLi…12 245L.doi:10.1007/BF00926894.[27] Loerting, T và đồng nghiệp (2001) “On theSurprising Kinetic Stability of Carbonic Acid”

Angew Chem Int Ed 39 (5): 891–895.PMID 10760883

doi:ANIE891>3.0.CO;2-E

10.1002/(SICI)1521-3773(20000303)39:5<891::AID-[28] Haldane J (1895) “e action of carbonic oxide onman” Journal of Physiology 18 (5–6): 430–462. PMC

1514663.PMID 16992272.[29] Gorman, D.; Drewry, A.; Huang, Y L.; Sames,

C (2003) “e clinical toxicology of carbon

monoxide” Toxicology 187 (1): 25–38.PMID 12679050

doi:10.1016/S0300-483X(03)00005-2

1.11 LIÊN KẾT NGOÀI 7

[30] “Compounds of carbon: carbon suboxide” Truy cập

ngày 3 tháng 12 năm 2007

[31] Bayes, K (1961) “Photolysis of Carbon Suboxide”

Journal of the American Chemical Society83 (17): 3712–

3713.doi:10.1021/ja01478a033

[32] Anderson D J.; Rosenfeld, R N (1991)

“Photodissociation of Carbon Suboxide”

Journal of Chemical Physics 94 (12): 7852–7867.

Bibcode:1991JChPh 94.7857A.doi:10.1063/1.460121

[33] Sabin, J R.; Kim, H (1971) “A theoretical

study of the structure and properties of carbon

trioxide” Chemical Physics Leers 11 (5): 593–

597 Bibcode:1971CPL….11 593S doi:

10.1016/0009-2614(71)87010-0

[34] Moll N G., Cluer D R., ompson W E (1966)

“Carbon Trioxide: Its Production, Infrared Spectrum,

and Structure Studied in a Matrix of Solid CO2”

Journal of Chemical Physics 45 (12): 4469–4481.

Bibcode:1966JChPh 45.4469M.doi:10.1063/1.1727526

[35] Fatiadi, Alexander J.; Isbell, Horace S.; Sager, William

F (1963) “Cyclic Polyhydroxy Ketones I Oxidation

Products of Hexahydroxybenzene (Benzenehexol)”

(PDF) Journal of Research of the National Bureau of

Standards A: Physics and Chemistry 67A (2): 153–162.

doi:10.6028/jres.067A.015

[36] Pauling, L (1960) e Nature of the Chemical Bond (ấn

bản 3) Ithaca, NY: Cornell University Press tr 93.ISBN

0-8014-0333-2

1.11 Liên kết ngoài

• Los Alamos National Laboratory – Carbon

• Nature articleNature article

• WebElements.com – Carbon

• EnvironmentalChemistry.com – Carbon

• It’s Elemental – Carbon

• – Carbon Fullerene and other Allotropesmodels

by Vincent Herr

• Extensive Carbon page at asu.edu

Chương 2

Cacbon điôxít

Cacbon điôxít hay điôxít cacbon (các tên gọi khác thán

khí, anhiđrít cacbonic, khí cacbonic) là một hợp chất

ở điều kiện bình thường có dạngkhítrongkhí quyển

Trái Đất, bao gồm một nguyên tửcacbonvà hai nguyên

tửôxy Là mộthợp chất hóa họcđược biết đến rộng rãi,

nó thường xuyên được gọi theo công thức hóa học là

CO2 Trongdạng rắn, nó được gọi là băng khô.

Cacbon điôxít thu được từ nhiều nguồn khác nhau, bao

gồm cả khí thoát ra từ cácnúi lửa, sản phẩmcháycủa

cáchợp chất hữu cơvà hoạt độnghô hấpcủa các sinh

vật sống hiếu khí Nó cũng được một sốvi sinh vật

sản xuất từ sựlên menvà sựhô hấp của tế bào Các

loài thực vật hấp thụ điôxít cacbon trong quá trình

quang hợp, và sử dụng cả cacbon và ôxy để tạo ra các

cacbohyđrat Ngoài ra, thực vật cũng giải phóng ôxy trở

lại khí quyển, ôxy này sẽ được cácsinh vật dị dưỡngsử

dụng trong quá trình hô hấp, tạo thành mộtchu trình

Nó có mặt trongkhí quyển Trái Đấtvới nồng độ thấp

và tác động như một khí gâyhiệu ứng nhà kính Nó là

thành phần chính trongchu trình cacbon

2.1 Các thuộc tính hóa-lý

Cacbon điôxít là một khíkhông màumà khi hít thở phải

ở nồng độ cao (nguy hiểm do nó gắn liền với rủi ro ngạt

thở) tạo ra vị chua trong miệng và cảm giác nhói ở mũi

và cổ họng Các hiệu ứng này là do khí hòa tan trong

màng nhầyvànước bọt, tạo ra dung dịch yếu củaaxít

cacbonic

Tỷ trọng riêng của nó ở 25 ℃ là 1,98 kg m−3, khoảng

1,5 lần nặng hơn không khí Phân tử cacbon điôxít

(O=C=O) chứa hailiên kết đôivà có hình dạng tuyến

tính Nó không cólưỡng cực điện Do nó là hợp chất

đã bị ôxi hóa hoàn toàn nên về mặt hóa học nó không

hoạt động lắm và cụ thể làkhông cháy

Ở nhiệt độ dưới −78 ℃, cacbon điôxít ngưng tụ lại

thành các tinh thể màu trắng gọi là băng khô Cacbon

điôxít lỏng chỉ được tạo ra dướiáp suấttrên 5,1barơ; ở

diều kiện áp suất khí quyển, nó chuyển trực tiếp từ các

pha khí sang rắn hay ngược lại theo một quá trình gọi

làthăng hoa

Nướcsẽ hấp thụ một lượng nhất định cacbon điôxít, và

nhiều hơn lượng này khi khí bị nén Khoảng 1% cacbonđiôxít hòa tan chuyển hóa thành axít cacbonic Axítcacbonic phân ly một phần thành các ionbicacbonat

(HCO3 -) vàcacbonat(CO3 −2)

Khi một nguồn lửa được đưa vào ống thử có chứacacbon điôxít thì ngọn lửa sẽ tắt ngay lập tức do cacbonđiôxít thông thường không duy trì sự cháy, tuy nhiênnếu là sự cháy của các kim loại mang tính khử cao như

Mg, Zn thì các bon bị khử, tạo ra ô xít kim loại và mụithan (Một số loạibình cứu hỏachứa cacbon điôxít haycác chất khi phản ứng với nhau sẽ tạo ra nó dùng đểdập lửa) Để xác nhận tiếp theo là khí này là cacbonđiôxít thì khí được dẫn qua dung dịchhiđrôxít canxi

(Ca(OH)2) trong Dung dịch hiđrôxít canxi sẽ chuyểnthành màu sữa do sự tạo thành của cacbonat canxi

2.2 Sử dụng

Cacbon điôxít lỏng và rắn làchất làm lạnhquan trọng,đặc biệt là trong công nghiệp thực phẩm, trong đóchúng tham gia vào quá trình lưu trữ và vận chuyểncác loạikemvà cácthực phẩm đông lạnh

Cacbon điôxít được sử dụng để sản xuấtnước giải khátcacbonat hóavà nước sôđa eo truyền thống, quátrình cacbonat hóa trongbia vàvang nổ có được dolên men tự nhiên, nhưng một số nhà sản xuất cacbonathóa các đồ uống này một cáchnhân tạo

Bột nởsử dụng trong các loại bánh nướng tạo ra khícacbonic làm cho khối bột bị phình to ra, do tạo ra các

lỗ xốp chứa bọt khí.Men bánh mìtạo ra khí cacbonicbằng sự lên men trong khối bột, trong khi các loại bột

nở hóa học giải phóng ra khí cacbonic khi bị nung nónghoặc bị tác dụng với cácaxít

Cacbon điôxít thông thường cũng được sử dụng như

là khí điều áp rẻ tiền, không cháy Cácáo phao cứu

hộthông thường chứa các hộp nhỏ chứa cacbon điôxít

đã nén để nhanh chóng thổi phồng lên Các ống thépchứa cacbonic nén cũng được bán để cup cấp khí néncho súng hơi, bi sơn, bơm lốp xe đạp, cũng như đểlàmnước khoáng xenxe Sự bốc hơi nhanh chóng củacacbon điôxít lỏng được sử dụng để gây nổ trong các

mỏ than.8

2.3 BĂNG KHÔ 9

Cacbon điôxít dập tắt lửa, và một số bình cứu hỏa,

đặc biệt là các loại được thiết kể để dập cháy do điện,

có chứa cacbon điôxít lỏng bị nén cacbon điôxít cũng

được sử dụng như là môi trường khí cho công nghệ

hàn, mặc dù tronghồ quangthì nó phản ứng với phần

lớn các kim loại Nó được sử dụng rộng rãi trong công

nghiệp ô tô mặc dù có chứng cứ đáng kể cho thấy khi

hàn trong môi trường này thì mối hàn giòn hơn so với

các mối hàn trong môi trường cáckhí trơ, và các mối

hàn này theo thời gian sẽ giảm phẩm cấp do sự tạo

thành của axít cacbonic Nó được sử dụng làm việc này

chủ yếu là do nó rẻ tiền hơn nhiều so với các khí trơ

nhưagonhayhêli

Cacbon điôxít lỏng là mộtdung môitốt cho nhiềuhợp

chất hữu cơ, và được dùng để loại bỏcafêintừcà phê

Nó cũng bắt đầu nhận được sự chú ý của công nghiệp

dược phẩmvà một số ngành công nghiệp chế biến hóa

chất khác do nó là chất thay thế ít độc hơn cho các dung

môi truyền thống như cácclorua hữu cơ (Xemhóa học

xanh.)

ực vật cần có cacbon điôxít để thực hiện việcquang

hợp, và các nhà kính có thể được làm giàu bầu khí

quyển của chúng bằng việc bổ sung CO2 nhằm kích

thích sự tăng trưởng của thực vật Người ta cũng đề

xuất ý tưởng cho cacbon điôxít từ các nhà máy nhiệt

điện đi qua các ao để phát triểntảovà sau đó chuyển

hóa chúng thành nguồn nhiên liệu điêzen sinh học

Nồng độ cao của cacbon điôxít trong khí quyển tiêu diệt

có hiệu quả nhiều loại sâu hại Các nhà kính được nâng

nồng độ CO2tới 10.000 ppm (1%) trong vài giờ để tiêu

diệt các loại sâu bệnh như rầy trắng (họ Aleyrodidae),

nhện v.v

Trong y học, tới 5% cacbon điôxít được thêm vàoôxy

nguyên chất để trợ thở sau khingừng thởvà để ổn định

cân bằng O2/CO2trong máu

Một dạng phổ biến củalaserkhí công nghiệp là laser

cacbon điôxít, sử dụng cacbon điôxít làm môi trường

Cacbon điôxít cũng hay được bơm vào hay gần với các

giếng dầu Nó có tác dụng như là tác nhân nén và khi

hòa tan trongdầu thôdưới lòng đất thì nó làm giảm

đáng kể độ nhớt của dầu thô, tạo điều kiện để dầu chảy

nhanh hơn trong lòng đất vào các giếng hút Trong các

mỏ dầu đã hoàn thiện thì một hệ thống ống đồ sộ được

sử dụng để chuyển cacbon điôxít tới các điểm bơm

2.3 Băng khô

Băng khô làthương hiệucho cacbon điôxít rắn (đóng

băng) uật ngữ này được Prest Air Devices tạo ra năm

1925(công ty thành lập năm 1923 tại thành phốLong

Island, New York)

Băng khô dưới áp suất thường không nóng chảy thành

cacbon điôxít lỏng màthăng hoatrực tiếp thành dạng

khí ở−78,5℃(−109,3℉) Vì thế nó được gọi là “băngkhô" như là cách gọi để so sánh với băng "ướt” (nước

đáthông thường)

Băng khô được sản xuất bằng cách nén khí cacbonđiôxít thành dạng lỏng, loại bỏ nhiệt gây ra bởi quátrình nén (xemđịnh luật Charles), và sau đó cho cacbonđiôxít lỏng giãn nở nhanh Sự giãn nở này làm giảm

nhiệt độvà làm cho một phần CO2bị đóng băng thành

“tuyết”, sau đó “tuyết” này được nén thành các viên haykhối

mù; xem thêmmáy tạo sương mù Hiệu ứng sương

mù của hỗn hợp băng khô vớinướcđược tạo ra tốtnhất là với nước ấm

• Các viên nhỏ băng khô (thay vìcát) được bắn vào

bề mặt cần làm sạch Băng khô không cứng nhưcát, nhưng nó tăng tốc quá trình bằng sự thănghoa để “không còn gì" tồn tại trên bề mặt cần làmsạch và gần như không tạo ra nhiều bụi gây hạiphổi

• Tăng gâymưatừ các đám mây hay làm giảm độdày của mây nhờ sựkết tinhnước trong mây

• Sản xuất khí cacbon điôxít do cần thiết trong các

hệ thống như thùng nhiên liệuhệ thống trơtrongcác máy bayB-47