Cacbon - C

     Cacbon (chữ Hán: chất Thán, than đá) nhiều dạng thù hình khác nhau, phổ biến nhất là 3 dạng thù hình gồm cacbon vô định hình, graphit, kim cương.

    Các sợi cacbon là tương tự như cacbon thủy tinh. Dưới các xử lý đặc biệt (kéo dãn 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 trong mọi sự sống hữu cơ và nó là nền tảng của hóa 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 với oxy nó tạo ra cabon dioxit là rất thiết yếu đối với sự sinh trưởng của thực vật. Khi liên kết với hidro, nó tạo ra một loạt các hợp chất gọi là các hidrocacbon là rất quan trọng đối với công nghiệp trong dạng của các nhiên liệu hóa thạch. Khi liên kết với cả oxy và hiđrô nó có thể tạo ra rất nhiều nhóm các hợp chất bao gồm các axit béo, là cần thiết cho sự sống, và este, tạo ra hương vị của nhiều loại hoa quả. Đồng vị cacbon - 14 được sử dụng phổ biến trong xác định niên đại bằng phóng xạ.

      Kim cương được sử dụng làm đồ trang sức.Trong kĩ thuật được dùng để chế tạo mũi khoan, dao cắt thủy tinh, bột mài.

    Than chì được dùng làm điện cực, làm nồi, chén để nấu chảy các hợp kim chiuj 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. Loại than có khả năng hấp phụ mạnh được gọi là than hoạt tính. Than hoạt tính được dùng nhiều trong mặt nạ phòng độc, trong công nghiệp hóa chất và trong y học.

    Than muội được dùng làm chất độn khi lưu hóa cao su, để sản xuất mực in, xỉ đán giày,...

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

2Al + 3CO → Al₂O₃ + 3C

2Mg + CO₂ → 2MgO + C

    Sau đó cho hỗn hợp vào một dung dịch axit (không có tính ôxi hóa mạnh) như HCl, H₂SO₄ loãng để hòa tan Al₂O₃ hoặc MgO, còn lại cacbon không tan, ta lọc cacbon ra khỏi dung dịch. Ngoài ra có thể điều chế cacbon theo các phương trình sau nhưng hiệu suất không 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)

CO₂ + 4H₂ → CH₄↑ + 2H₂O (Xúc tác, nhiệt độ cao, áp suất cao)

CH₄ → C + 2H₂↑ (Nhiệt độ trên 1000 độ C)

Các dạng thù hình của cacbon

 *Các dạng thù hình của cacbon là rất khác nhau về nhiều thuộc tính.

- Giữa kim cương và graphit:

• Kim cương là cứng nhất, nhưng graphit là một trong những vật liệu mềm nhất.
• Kim cương là chất mài mòn siêu hạng, nhưng graphit là chất bôi trơn rất tốt.
• Kim cương là chất cách điện tuyệt hảo, nhưng graphit là vật liệu dẫn điện.
• Kim cương thông thường là trong suốt, nhưng graphit là mờ.
• Kim cương kết tinh trong hệ lập phương nhưng graphit kết tinh trong hệ lục giác

 - Giữa cacbon vô định hình và cacbon ống nano:

• Cacbon vô định hình là một trong những chất dễ tổng hợp nhất, nhưng cacbon ống nano thì cực kỳ khó tạo ra và rất đắt tiền.
• Cacbon vô định hình là hoàn toàn đẳng hướng, nhưng cacbon ống nano thì lại là một trong số các vật liệu phi đẳng hướng nhất mà con người đã tạo ra.

Tổng hợp từ nhiều nguồn (Tài liệu được thẩm định)