Khí carbon là gì

Carbon dioxide là một khí không màu mà 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 nhầy và nước bọt, tạo ra dung dịch yếu của axit cacbonic.

Tỷ trọng riêng của nó ở 25°C là 1,98kg·m−3, nặng hơn khoảng 1,5 lần không khí. Phân tử carbon dioxide (O = C = O) chứa hai liên kết đôi và có hình dạng tuyến tính. Nó không có lưỡng cực điện. Do nó là hợp chất đã bị oxy hóa hoàn toàn nên về mặt hóa học nó không hoạt động lắm và cụ thể là không cháy.

Ở nhiệt độ dưới -78 °C, carbon dioxide ngưng tụ lại thành các tinh thể màu trắng gọi là băng khô. Carbon dioxide lỏng chỉ được tạo ra dưới áp suất trên 5,1 bar; ở điều kiện áp suất khí quyển, nó chuyển trực tiếp từ các pha khí sang rắn hay ngược lại theo một quá trình gọi là thăng hoa.

Nước sẽ hấp thụ một lượng nhất định carbon dioxide, và nhiều hơn lượng này khi khí bị nén. Khoảng 1% carbon dioxide hòa tan chuyển hóa thành axit cacbonic. Axit cacbonic phân ly một phần thành các ion bicacbonat (HCO3−) và cacbonat (CO32−).

Khi một nguồn lửa được đưa vào ống thử có chứa carbon dioxide thì ngọn lửa sẽ tắt ngay lập tức do carbon dioxide thông thường không duy trì sự cháy, tuy nhiên nếu là sự cháy của các kim loại mang tính khử cao như Mg, Zn thì carbon bị khử, tạo ra Oxide kim loại và muội than. (Một số loại bình cứu hỏa chứa carbon dioxide hay các chất khi phản ứng với nhau sẽ tạo ra nó dùng để dập lửa). Để xác nhận tiếp theo là khí này là carbon dioxide thì khí được dẫn qua dung dịch calci hydroxide (Ca(OH)2) trong. Dung dịch calci hydroxide sẽ chuyển thành kết tủa màu trắng do sự tạo thành calci carbonat (CaCO3).

Carbon dioxide lỏng và rắn là chất làm lạnh quan trọng, đặc biệt là trong công nghiệp thực phẩm, trong đó chúng tham gia vào quá trình lưu trữ và vận chuyển các loại kem lạnh và các thực phẩm đông lạnh.

Carbon dioxide được sử dụng để sản xuất nước giải khát cacbonat hóa và nước soda. Theo truyền thống, quá trình cacbonat hóa trong bia và vang nổ có được do lên men tự nhiên, nhưng một số nhà sản xuất cacbonat hóa các đồ uống này một cách nhân tạo.

Bột nở sử dụng trong các loại bánh nướng tạo ra khí cacbonic làm cho khối bột bị phình to ra, do tạo ra các lỗ xốp chứa bọt khí. Men bánh mì tạo ra khí cacbonic bằng sự lên men trong khối bột, trong khi các loại bột nở hóa học giải phóng ra khí cacbonic khi bị nung nóng hoặc bị tác dụng với các axit.

Carbon dioxide thông thường cũng được sử dụng như là khí điều áp rẻ tiền, không cháy. Các áo phao cứu hộ thông thường chứa các hộp nhỏ chứa carbon dioxide đã nén để nhanh chóng thổi phồng lên. Các ống thép chứa cacbonic nén cũng được bán để cup cấp khí nén cho súng hơi, bi sơn, bơm lốp xe đạp, cũng như để làm nước khoáng xenxe. Sự bốc hơi nhanh chóng của carbon dioxide lỏng được sử dụng để gây nổ trong các mỏ than.

Carbon dioxide dập tắt lửa, và một số bình cứu hỏa, đặc biệt là các loại được thiết kể để dập cháy do điện, có chứa carbon dioxide lỏng bị nén. carbon dioxide cũng được sử dụng như là môi trường khí cho công nghệ hàn, mặc dù trong hồ quang thì 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 các khí 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 như agon hay heli.

Carbon dioxide lỏng là một dung môi tốt cho nhiều hợp chất hữu cơ, và được dùng để loại bỏ cafein từ cà phê. Nó cũng bắt đầu nhận được sự chú ý của công nghiệp dược phẩm và 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 các chloride hữu cơ (xem hóa học xanh).

Thực vật cần có carbon dioxide để thực hiện việc quang 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 carbon dioxide từ các nhà máy nhiệt điện đi qua các ao để phát triển tảo và sau đó chuyển hóa chúng thành nguồn nhiên liệu điezen sinh học. Nồng độ cao của carbon dioxide trong khí quyển tiêu diệt có hiệu quả nhiều loại sâu hại. Các nhà kính được nâng nồng độ CO2 tới 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% carbon dioxide được thêm vào oxy nguyên chất để trợ thở sau khi ngừng thở và để ổn định cân bằng O2/CO2 trong máu.

Một dạng phổ biến của laze khí công nghiệp là laze carbon dioxide, sử dụng carbon dioxide làm môi trường.

Carbon dioxide cũng hay được bơm vào hay gần với các giếng dầu. Nó có tác dụng như là tác nhân nén và khi hòa tan trong dầu thô dưới 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 carbon dioxide tới các điểm bơm.

Carbon là nguyên tố đáng chú ý vì nhiều lý do. Các dạng khác nhau của nó bao gồm một trong những chất mềm nhất (graphit) và hai trong những chất cứng nhất (graphene và kim cương, hay fullerene -hợp chất rất cứng có thể nói là cứng nhất của carbon và các hợp chất khác) cũng như là chất bán dẫn tốt nhất, hơn cả silic (graphene). Ngoài ra, nó có ái lực lớn để tạo ra liên kết với các nguyên tử nhỏ khác, bao gồm cả các nguyên tử carbon khác, và kích thước nhỏ của nó làm cho nó có khả năng tạo ra liên kết phức tạp. Vì các thuộc tính này, carbon được biết đến như là nguyên tố có thể tạo ra cỡ 10 triệu loại hợp chất khác nhau, chiếm phần lớn trong các hợp chất hóa học.[11] Các hợp chất của carbon tạo ra nền tảng cho mọi loại hình sự sống trên Trái Đất và chu trình carbon-nitơ dự trữ và tái cung cấp một số năng lượng được sản sinh từ Mặt Trời và các ngôi sao.

Carbon cũng có điểm thăng hoa cao nhất trong tất cả các nguyên tố. Trong điều kiện áp suất khí quyển nó không có điểm nóng chảy vì điểm ba trạng thái của nó ở tại 10,8 ± 0,2 MPa và 4.600 ± 300 K (~4.330°C hay 7.820°F), do đó nhiệt độ thăng hoa của nó trong trường hợp này vào khoảng 3.900 K.[12][13]

Các thù hìnhSửa đổi

Bài chi tiết: Thù hình của carbon

Các thù hình của carbon là khác nhau về cấu trúc mạng nguyên tử mà các nguyên tử tinh khiết có thể tạo ra. Ba dạng được biết nhiều nhất là carbon vô định hình, graphit và kim cương. Một số thù hình kỳ dị khác cũng đã được tạo ra hay phát hiện ra, bao gồm các fullerene, carbon ống nano, lonsdaleit và q-carbon. Muội đèn bao gồm các bề mặt dạng graphit nhỏ. Các bề mặt này phân bổ ngẫu nhiên, vì thế cấu trúc tổng thể là đẳng hướng. Carbon thủy tinh là 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, carbon chủ yếu có cấu trúc tinh thể của graphit nhưng không liên kết lại trong dạng tinh thể lớn. Trái lại, chúng chủ yếu nằm ở dạng bột và là thành phần chính của than, muội, bồ hóng, nhọ nồi và than hoạt tính.

Ở áp suất bình thường carbon có dạng của graphit, trong đó mỗi nguyên tử liên kết với 3 nguyên tử khác trong mặt phẳng tạo ra các vòng lục giác, giống như các vòng trong các hydrocarbon 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 các đám mây pi, graphit có tính dẫn 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 các lực van der Waals, vì thế chúng dễ dàng trượt trên nhau.

Ở áp suất cực kỳ cao các nguyên tử carbon tạo thành thù hình gọi là kim cương, trong đó mỗi nguyên tử được liên kết với 4 nguyên tử khác. Kim cương có cấu trúc lập phương như silic và germani và vì độ bền của các liên kết carbon-carbon, cùng với chất đẳng điện nitride bo (BN) là những chất cứng nhất trong việc chống lại sự mài mòn. Sự chuyển hóa thành graphit ở nhiệt độ phòng là rất chậm và khong thể nhận thấy. Dưới các điều kiện khác, carbon kết tinh như là Lonsdaleit, 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 carbon, 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 của kiến trúc mái vòm, nó bắt chước cấu trúc của các "buckyball".

Sự phổ biếnSửa đổi

Carbon là nguyên tố phổ biến thứ 4 trong vũ trụ về khối lượng sau hydro, heli, và oxy. Carbon có rất nhiều trong Mặt Trời, các ngôi sao, sao chổi và bầu khí quyển của phần lớn các hành tinh. Một số thiên thạch chứa các kim cương vi tinh thể, loại được hình thành khi hệ Mặt Trời vẫn còn là một đĩa 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.[14]

Có khoảng 10 triệu hợp chất khác nhau của carbon mà khoa học đã biết và hàng nghìn trong số đó là tối quan trọng cho các quá trình của sự sống và cho các phản ứng trên cơ sở hữu cơ rất quan trọng về kinh tế. Trong tổ hợp với các nguyên tố khác, carbon được tìm thấy trong bầu khí quyển Trái Đất và hòa tan trong mọi thực thể có chứa nước. Với một lượng nhỏ hơn của calci, magnesi và sắt, nó tạo ra thành phần chủ yếu của một lượng rất lớn đá carbonat (đá vôi, dolomit, đá cẩm thạch v.v.). Khi tổ hợp với hydro, carbon tạo thành than, dầu mỏ và khí tự nhiên, còn được gọi là các hydrocarbon.

Graphit được tìm thấy với một số lượng lớn ở các bang New York và Texas (Mỹ); Nga; México; Greenland và Ấn Độ.

Kim cương tự nhiên có trong khoáng chất kimberlit tìm thấy trong các "cổ" hay "ống" núi lửa cổ đại. Phần lớn các mỏ kim cương nằm ở châu Phi, chủ yếu là Nam Phi, Namibia, Botswana, Cộng hòa Congo và Sierra Leone. Cũng có các mỏ ở Arkansas, Canada, vùng Bắc cực nước Nga, Brasil và ở miền bắc và tây nước Úc.

Đồng vịSửa đổi

Carbon có 2 đồng vị ổn định, có nguồn gốc tự nhiên: carbon-12, hay 12C, (98,89%) và carbon-13, hay 13C, (1,11%),[15] Năm 1961, Liên đoàn Quốc tế về Hoá học Thuần túy và Ứng dụng (IUPAC) đã chấp nhận đồng vị carbon-12 làm cơ sở để đo khối lượng nguyên tử.[16]

Một đồng vị không ổn định, cũng có nguồn gốc tự nhiên là đồng vị phóng xạ carbon-14 hay 14C. Đồng vị 14C phát sinh do sự tương tác của neutron 1n trong bức xạ vũ trụ với nitơ 14N trong khí quyển. Nó được thực vật hấp thụ bằng quá trình quang hợp như với mọi đồng vị carbon khác, và lan truyền vào mọi cơ thể sống theo chuỗi thức ăn. Khi sinh vật chết chúng lắng đọng trong các tầng đất, đặc biệt trong than bùn và các vật liệu hữu cơ khác.[17] Đồng vị này phân rã bằng cách phát xạ hạt β− có năng lượng 0,158 MeV. Do chu kỳ bán rã có 5730 năm, 14C hầu như không có mặt trong các đá cổ,[18] Sự phong phú của 14C trong khí quyển và trong các cơ thể sống là một hằng số, nhưng chúng sẽ giảm sau khi sinh vật đó chết đi, và tỷ số đồng vị 14C/12C nói lên quãng thời gian chết của chúng. Nguyên tắc này được sử dụng trong phương pháp định tuổi bằng đồng vị carbon cho mẫu vật, được Willard Libby phát minh năm 1949, và nay được sử dụng rộng rãi để xác định tuổi của các mẫu vật chứa carbon với giới hạn lên đến khoảng 60.000 năm[19][20] và được ứng dụng chủ yếu trong khảo cổ học.

Tỷ số đồng vị 13C/12C trong trầm tích cổ được sử dụng để nghiên cứu cổ khí hậu (Paleoclimate). Nó dựa trên hiện tượng thực vật thực hiện quang hợp với 12C dễ hơn. Do đó những sinh vật phù du ở biển như benthic foraminifera khi phát triển mạnh thì làm lệch tỷ số đồng vị. Nếu các tầng nước đại dương không bị đối lưu pha trộn, thì sự lệch tỷ số này xảy ra trong thời gian dài, và dấu hiệu này được lưu giữ trong các tầng trầm tích biển. (Lynch-Stieglitz et al., 1995)[21]

Tổng số đồng vị carbon là 15, từ 8C đến 22C, trong đó 12 đồng vị là nhân tạo. Đồng vị có tuổi ngắn nhất là 8C, nó phân rã theo bức xạ proton và phân rã alpha, có chu kỳ bán rã là 1,98739x10−21 s[22]. 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.[23]

Hình thành trong các ngôi saoSửa đổi

Carbon đã không được tạo ra trong Vụ Nổ Lớn vì thiếu các yếu tố cần thiết cho sự va chạm ba của các hạt alpha (hạt nhân heli) 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 trong nhánh ngang, ở đó các ngôi sao chuyển hóa nhân heli thành carbon bằng các cách thức của quy trình ba-alpha. Nó cũng đã được tạo ra trong các trạng thái nguyên tử phức tạp.

Chu trình carbonSửa đổi

Bài chi tiết: Chu trình carbon

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 carbon trên Trái Đất là không đổi. Do đó, các quá trình sử dụng carbon phải tiêu thụ nó ở một nơi và thải ra ở một nơi khác. Những cách mà carbon di chuyển trong môi trường tạo thành một chu trình gọi là chu trình carbon. Một phần của sinh khối này được động vật tiêu thụ, trong khi một lượng carbon được động vật thảy ra ở dạng carbon dioxide. Chu trình carbon được xem là phức tạp hơn vòng tuần hoàn ngắn này; ví dụ như carbon dioxide bị hòa tan trong các đại dương; thực vật chất hoặc xác động vật có thể hình thành nên dầu mỏ hoặc than, nếu đốt chúng sẽ thải ra carbon.[24][25]

Carbon là các thành phần thiết yếu cho mọi sự sống đã biết, và không có nó thì sự sống mà chúng ta đã biết không thể tồn tại (Xem Sự sống phi carbon). Việc sử dụng kinh tế chủ yếu của carbon là trong dạng các hydrocarbon, chủ yếu là các nhiên liệu hóa thạch như than, khí methan và dầu mỏ (xăng dầu). Dầu mỏ được sử dụng trong công nghiệp hóa dầu để sản xuất ra các sản phẩm như xăng và dầu hỏa, thông qua các quy trình chưng cất trong lọc dầu. Dầu mỏ cũng là nguồn nguyên liệu cho nhiều chất hữu cơ tổng hợp khác, rất nhiều trong số chúng gọi chung là các chất dẻo (plastic).

Các ứng dụng khácSửa đổi

• Đồng vị Carbon-14 được phát hiện vào ngày 27 tháng 2 năm 1940 và được sử dụng trong định tuổi bằng đồng vị phóng xạ.
• Một số các thiết bị phát hiện sử dụng một lượng nhỏ đồng vị phóng xạ của carbon làm nguồn bức xạ ion hóa (Phần lớn các thiết bị như thế sử dụng đồng vị của Americi)
• Graphit kết hợp với đất sét để tạo ra 'chì' sử dụng trong các loại bút chì.
• Kim cương được sử dụng vào mục đích trang sức hay trong các mũi khoan và các ứng dụng khác đòi hỏi độ cứng cao của nó.
• Carbon được thêm vào quặng sắt để sản xuất gang và thép.
• Carbon dưới dạng than chì được sử dụng như là các thanh điều tiết neutron trong các lò phản ứng hạt nhân.
• Graphit carbon trong dạng bột, bánh được sử dụng như là than để đun nấu, bột màu trong mỹ thuật và các sử dụng khác.
• Than 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 các ống nano carbon, có ứng dụng đầy hứa hẹn trong các lĩnh vực mới phát sinh của công nghệ nano.

Ít ai nghĩ sợi carbon (Carbon fiber – CF) được sáng chế vào năm 1879 bởi Thomas 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 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 cellulose gồm có cotton 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. Thomas 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.

Than chìSửa đổi

Bài chi tiết: Than chì

Các mỏ than chì tự nhiên có giá trị thương mại xuất hiện nhiều nơi trên thế giới, nhưng các nguồn quan trọng nhất có giá trị kinh tế tập trung ở Trung Quốc, Ấn Độ, Brazil và Triều Tiên. Các mỏ than chì có nguồn gốc biến chất, được tìm thấy cùng với thạch anh, mica và feldspar trong các đá phiến, gneiss và cát kết và đá vôi bị 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, Anh đầu tiên có kích thước và độ tinh khiết (cho đến thế kỷ XIX) đủ để làm các cây bút chì bằng cách đơn giản là cưa chúng thành các que và lấp vỏ gỗ vào. Ngày nay, các mỏ than chì nhỏ hơn được khai thác bằng cách nghiền đá gốc và dùng phương pháp tuyển nổi để lấy than chì nhẹ hơn nổi trên mặt.[26]

Có ba loại than chì tự nhiên gồm: vô định hình, than chì lớp, và mạch. Than 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 thể rất nhỏ thay vì không có một cấu trúc tinh thể rõ ràng. Dạng vô định hình được sử dụng cho các sản phẩm than chì có giá trị thấp và là than chì có giá thấp nhất. Một lượng lớn các mỏ than chì vô định hình được phát hiện ở Trung Quốc, châu Âu, Mexico và Hoa Kỳ.

Than chì Flake ít phổ biến hơn và có chất lượng cao hơn dạng vô định hình; nó có mặt ở dạng các tấm tách biệt được kết tinh trong đá biến chất. Than chì Flake có thể đắt gấp 4 lần dạng vô định hình. Flake chất lượng tốt có thể được xử lý thành than chì có thể giãn nở được dùng cho nhiều mục đích khác nhau như chất chống cháy. Các mỏ quan trọng nhất của dạng này được tìm thấy ở Áo, Brazil, Canada, Trung Quốc, Đức và Madagascar. Than chì dạng mạch là hiếm nhất, có giá trị nhất, và là loại than chì tự nhiên có chất lượng cao nhất. Nó xuất hiện ở các dạng mạch dọch theo các nơi tiếp xúc với đá xâm nhập, và loại thương mại được khai thác chỉ có tại Sri Lanka.[26]

Theo USGS, sản lượng than chì tự nhiên trên thế giới là 1,1 triệu tấn năm 2010, trong đó Trung Quốc là 800.00 tấn, Ấn Độ 130.000 tấn, Brazil 76.000 tấn, Triều Tiên 30.000 tấn và Canada 25.000 tấn. Than chì không có nguồn gốc tự nhiên đã được khai thác ở Hoa Kỳ, nhưng 118.000 tấn than chì tổng hợp có giá trị khoảng 998 triệu USD đã được sản xuất năm 2009.[26]

Kim cươngSửa đổi

Bài chi tiết: Kim cương

Bài chi tiết: Các hợp chất carbon

Hợp chất vô cơSửa đổi

Bài chi tiết: Hợp chất vô cơ

Các hợp chất chứa carbon phổ biến liên quan đến các khoáng vật hoặc không chứa hydro hoặc fluor được xem là một nhóm các hợp chất vô cơ riêng biệt; tuy nhiên định nghĩa này là không cứng nhắc. Oxide nổi tiếng nhất của carbon là carbon dioxide, CO2. Nó là thành phần nhỏ của Khí quyển Trái Đất[27], được sử dụng và sản sinh ra bởi các thực thể sống, và nó có mặt ở mọi nơi. Trong nước nó tạo thành một lượng nhỏ acid carbonic, H2CO3, nhưng giống như phần lớn các hợp chất với nhiều liên kết của các đơn nguyên tử oxy trên một nguyên tử carbon duy nhất là không bền.[28] Thông qua trung gian này, các ion carbonat ổn định hơn được tạo ra. Một số khoáng chất quan trọng là các carbonat, nổi tiếng nhất là canxít. Carbon đisulfua, CS2, là tương tự.

Các oxide khác là carbon monoxide, CO và carbon suboxide không phổ biến lắm, C3O2. Carbon monoxide 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.[29][30] Xyanide, CN-, có cấu trúc tương tự và có các tính chất rất giống với các ion halide; nitride cyanogen, (CN)2, là tương tự. Ví dụ, nó có thể tạo thành phân tử cyanogen nitrit (CN)2), tương tự như halide 2 nguyên tử. Cá oxide không phổ biến khác như carbon suboxide (C
3O
2),[31] dicarbon monoxide không bền (C2O),[32][33] carbon trioxide (CO3),[34][35] cyclopentanepenton (C5O5)[36] cyclohexanehexon (C6O6),[36] và mellitic anhydride (C12O9).

Khi phản ứng với các kim loại như wolfram, carbon tạo thành các carbide (C4–), hoặc acetylide (C2−
2) từ đó tạo ra các hợp kim có nhiệt độ nóng chảy cao. các anion này cũng kết hợp với methan và acetylen, cả hai đều là các acid rất yếu. Với độ âm điện 2,5,[37] carbon tạo nên các liên kết cộng hóa trị. Một vài carbide có các ô mạng cộng hóa trị, giống như Carborunđum (SiC), có cấu trúc tương tự kim cương.

Hợp chất với kim loạiSửa đổi

Với các kim loại mạnh carbon tạo ra hoặc là các carbide, C-, hoặc các acetylide, C22-; các ion này có liên quan với methan và acetylen, cả hai đều là các acid rất yếu. Trên tất cả, với độ điện âm 2,55, carbon có xu hướng tạo ra các liên kết cộng hóa trị. Một số carbide là các lưới cộng hóa trị, giống như carborundum, SiC, là chất giống với kim cương.

Mạch carbonSửa đổi

Các hydrocarbon là một mạch của các nguyên tử carbon, được bão hòa bởi các nguyên tử hydro. Các loại xăng dầu có mạch carbon ngắn. Các chất béo có mạch carbon dài hơn, và các loại sáp có mạch carbon cực dài.

Carbon tương đối an toàn. Tuy nhiên, việc hít thở vào một lượng khói lớn chứa thuần túy bồ hóng có thể gây nguy hiểm. Carbon có thể bắt lửa ở nhiệt độ cao và cháy rất mãnh liệt (như trong vụ cháy Windscale).

Có nhiều hợp chất của carbon là những chất độc chết người như các (cyanide, CN-), hay carbon monoxide, CO và một số các chất có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp khác.

Cách để điều chế carbon là dùng kim loại mạnh là nhôm hoặc magnesi để khử một hợp chất oxide carbon bất kì thành carbon. Ví dụ:

Sau đó cho hỗn hợp vào một dung dịch acid (không có tính oxy hóa mạnh) như HCl, H2SO4 loãng để hòa tan Al2O3 hoặc MgO, còn lại carbon không tan, ta lọc carbon ra khỏi dung dịch.

Ngoài ra có thể điều chế carbon theo các phương trình sau nhưng hiệu suất không cao do khí hydro rất dễ bay lên:

• Hóa hữu cơ
• Hóa vô cơ của carbon
• Các thù hình của carbon
• Kim cương
  • Các thuộc tính của kim cương

1. ^ Lide, D. R. biên tập (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (ấn bản 86). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN0-8493-0486-5.
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. ^ a b c d e 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. ^ Đặng Thái Minh, "Dictionnaire vietnamien - français. Les mots vietnamiens d’origine française", Synergies Pays riverains du Mékong, n° spécial, năm 2011. ISSN: 2107-6758. Trang 78.
10. ^ Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng, Bộ Khoa học và Công nghệ (2010). Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 5530:2010 về Thuật ngữ hóa học - Danh pháp các nguyên tố và hợp chất hóa học. Bản gốc lưu trữ ngày 14 tháng 7 năm 2020.
11. ^ Chemistry Operations (ngày 15 tháng 12 năm 2003). “Carbon”. Los Alamos National Laboratory. Bản gốc lưu trữ ngày 13 tháng 9 năm 2008. Truy cập ngày 9 tháng 10 năm 2008.
12. ^ Greenville Whittaker, A. (1978). “The controversial carbon solid−liquid−vapour triple point”. Nature. 276 (5689): 695–696. Bibcode:1978Natur.276..695W. doi:10.1038/276695a0.
13. ^ 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.
14. ^ Mark, Kathleen (1987). Meteorite Craters. University of Arizona Press. ISBN0-8165-0902-6.
15. ^ “Carbon – Naturally occurring isotopes”. WebElements Periodic Table. Truy cập ngày 9 tháng 10 năm 2008.
16. ^ “Official SI Unit definitions”. Truy cập ngày 21 tháng 12 năm 2007.
17. ^ Brown, Tom (ngày 1 tháng 3 năm 2006). “Carbon Goes Full Circle in the Amazon”. Lawrence Livermore National Laboratory. Truy cập ngày 25 tháng 11 năm 2007.
18. ^ Bowman, S. (1990). Interpreting the past: Radiocarbon dating. British Museum Press. ISBN0-7141-2047-2. Đã định rõ hơn một tham số trong |author= và |last= (trợ giúp)
19. ^ Libby, W. F. (1952). Radiocarbon dating. Chicago University Press and references therein.
20. ^ Westgren, A. (1960). “The Nobel Prize in Chemistry 1960”. Nobel Foundation. Truy cập ngày 25 tháng 11 năm 2007.
21. ^ Lynch-Stieglitz et al. Past Ocean Dynamics[liên kết hỏng]
22. ^ “Use query for carbon-8”. barwinski.net. Truy cập ngày 21 tháng 12 năm 2007.
23. ^ Watson, A. (1999). “Beaming Into the Dark Corners of the Nuclear Kitchen”. Science. 286 (5437): 28–31. doi:10.1126/science.286.5437.28.
24. ^ Falkowski, P.; Scholes, RJ; Boyle, E; Canadell, J; Canfield, D; Elser, J; Gruber, N; Hibbard, K; Högberg, P (2000). “The Global Carbon Cycle: A Test of Our Knowledge of Earth as a System”. Science. 290 (5490): 291–296. Bibcode:2000Sci...290..291F. doi:10.1126/science.290.5490.291. PMID11030643.
25. ^ Smith, T. M.; Cramer, W. P.; Dixon, R. K.; Leemans, R.; Neilson, R. P.; Solomon, A. M. (1993). “The global terrestrial carbon cycle”. Water, Air, & Soil Pollution. 70: 19–37. doi:10.1007/BF01104986.
26. ^ a b c USGS Minerals Yearbook: Graphite, 2009 and Graphite: Mineral Commodity Summaries 2011
27. ^ Levine, Joel S.; Augustsson, Tommy R.; Natarajan, Murali (1982). “The prebiological paleoatmosphere: stability and composition”. Origins of Life and Evolution of Biospheres. 12 (3): 245–259. Bibcode:1982OrLi...12..245L. doi:10.1007/BF00926894.
28. ^ Loerting, T.; và đồng nghiệp (2001). “On the Surprising Kinetic Stability of Carbonic Acid”. Angew. Chem. Int. Ed. 39 (5): 891–895. doi:10.1002/(SICI)1521-3773(20000303)39:5<891::AID-ANIE891>3.0.CO;2-E. PMID10760883.
29. ^ Haldane J. (1895). “The action of carbonic oxide on man”. Journal of Physiology. 18 (5–6): 430–462. PMC1514663. PMID16992272.
30. ^ Gorman, D.; Drewry, A.; Huang, Y. L.; Sames, C. (2003). “The clinical toxicology of carbon monoxide”. Toxicology. 187 (1): 25–38. doi:10.1016/S0300-483X(03)00005-2. PMID12679050.
31. ^ “Compounds of carbon: carbon suboxide”. Truy cập ngày 3 tháng 12 năm 2007.
32. ^ Bayes, K. (1961). “Photolysis of Carbon Suboxide”. Journal of the American Chemical Society. 83 (17): 3712–3713. doi:10.1021/ja01478a033.
33. ^ 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.
34. ^ Sabin, J. R.; Kim, H. (1971). “A theoretical study of the structure and properties of carbon trioxide”. Chemical Physics Letters. 11 (5): 593–597. Bibcode:1971CPL....11..593S. doi:10.1016/0009-2614(71)87010-0.
35. ^ Moll N. G., Clutter D. R., Thompson 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.Quản lý CS1: nhiều tên: danh sách tác giả (liên kết)
36. ^ a b 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.
37. ^ Pauling, L. (1960). The Nature of the Chemical Bond (ấn bản 3). Ithaca, NY: Cornell University Press. tr.93. ISBN0-8014-0333-2.