Giáo án Khái quát về nhóm cacbon

A. Khái quát về nhóm cacbon:

I. Vị trí của nhóm cacbon trong bảng tuần hoàn

Nhóm cacbon gồm có các nguyên tố cacbon (C), silic (Si), gemani (Ge), thiếc (Sn) và chì (Pb). Chúng đều thuộc nguyên tố p.

II. Tính chất chung của các nguyên tố nhóm cacbon

1. Cấu hình electron nguyên tử

Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử có 4 electron.

Ở trạng thái cơ bản, nguyên tử của các nguyên tố nhóm cacbon có 2 electron độc thân, do đó trong một số trường hợp chúng có thể tạo thành hai liên kết cộng hóa trị. Khi được kích thích, một electron trong cặp electron của phân lớp có thể được chuyển sang obitan p còn trống của lớp .

Khi đó, nguyên tử của các nguyên tố nhóm cacbon có 4 electron độc thân, chúng có thể tạo thành 4 liên kết cộng hóa trị. Để đạt được cấu hình electron bền của khí hiếm, các nguyên tử nguyên tố nhóm cacbon tạo nên những cặp electron chung với các nguyên tử khác, trong các hợp chất chúng có số oxi hóa là +4,+2, và có thể là -4 tùy thuộc vào độ âm điện của các nguyên tố liên kết với chúng.

2. Sự biến đổi tính chất của các đơn chất

Từ cacbon đến chì, tính phi kim giảm dần, tính kim loại tăng dần. Cacbon và silic là các nguyên tố phi kim, gemani vừa có tính kim loại vừa có tính phi kim, còn thiếc và chì là các kim loại.

Trong cùng chu kì, khả năng kết hợp electron của cacbon kém hơn nitơ và của silic kém hơn photpho, nên cacbon và silic là những phi kim kém hoạt động hơn nitơ và photpho

3. Sự biến đổi tính chất của các hợp chất

Tất cả các nguyên tố nhóm cacbon đều tạo được hợp chất với hiđro có công thức chung là . Độ bền của các hợp chất hiđrua này giảm nhanh từ

Các nguyên tố nhóm cacbon tạo với oxi 2 loại oxit là , trong đó có số oxi hóa tương ứng là +2 và +4.

là các oxit axit, còn các oxit và các hiđroxit tương ứng của chúng là các hợp chất lưỡng tính.

Ngoài khả năng tạo liên kết cộng hóa trị với các nguyên tố của nguyên tố khác, các nguyên tử cacbon còn có thể liên kết với nhau tạo thành mạch. Mạch cacbon có thể gồm hàng chục, hàng trăm nguyên tử cacbon ( trong hợp chất hữu cơ).

B. Cacbon:

I. Tính chất vật lí

Cacbon tạo thành một số dạng thù hình khác nhau về tính chất vật lí

+ Kim cương là chất tinh thể không màu, trong suốt, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém, có khối lượng riêng là

. Tinh thể kim cương thuộc loại nguyên tử điển hình, trong đó mỗi nguyên tử cacbon tạo 4 liên kết cộng hóa trị bền với bốn nguyên tử cacbon lân cận nằm trên các đỉnh của hình tứ diện đều. Mỗi nguyên tử

ThuVienDeThi.com

cacbon ở đỉnh lại liên kết với 4 nguyên tử cacbon khác. Độ dài của liên kết bằng 0,154nm. Do cấu trúc này nên kim cương là chất cứng nhất trong tất các chất.

+ Than chì là tinh thể màu xám đen, có ánh kim, dẫn điện tốt nhưng kém kim loại. Tinh thể than chì có cấu trúc lớp.

Trong một lớp, mỗi nguyên tử cacbon liên kết theo kiểu cộng hóa trị với 3 nguyên tử cacbon lân cận nằm ở đỉnh của một tam giác đều. Độ dài của liên kết bằng 0,142nm. Khoảng cách giữa hai nguyên tử cacbon thuộc hai lớp lân cận nhau là 0,34nm. Các lớp liên kết với nhau bằng lực tương tác yếu, nên các lớp dễ tách khỏi nhau. Khi vạch than chì trên giấy, nó để lại vạch đen gồm nhiều lớp tinh thể than chì.

+ Fuleren gồm các phân tử . Phân tử có cấu trúc hình rỗng gồm 32 mặt với 60 đỉnh là 60 nguyên tử cacbon. Fuleren được phát hiện năm 1985.

Than điều chế nhân tạo như than cốc, than gỗ, than xương, than muội,... được gọi chung là cacbon vô định hình. Than gỗ, than xương có cấu tạo xốp nên chúng có khả năng hấp thụ mạnh các chất khí và chất tan trong dung dịch

II. Tính chất hóa học của cacbon

Trong các dạng tồn tại của cacbon, cacbon vô định hình hoạt động hơn cả về mặt hóa học. Tuy nhiên, ở nhiệt độ thường cacbon khá trơ, còn khi đun nóng nó phản ứng được với nhiều chất.

Trongcác hợp chất của cacbon với những nguyên tố có độ âm điện lớn hơn (O,Cl,F,S...), nguyên tố cacbon có số oxi hóa +2 hoặc +4. Còn trong trường hợp của cacbon với những nguyên tố có độ âm điện nhỏ hơn ( hiđro, kim loại), nguyên tố cacbon có số oxi hóa âm. Do đó, trong các …