Hóa học - Carbon và các hợp chất của nó

Giới thiệu

Carbon đóng vai trò rất quan trọng đối với tất cả các sinh vật.
Lượng cacbon trong vỏ trái đất chỉ là 0,02%, có sẵn ở dạng khoáng chất như cacbonat, hydro-cacbonat, than đá và dầu mỏ.
Sự hiện diện của cacbon trong bầu khí quyển của trái đất là 0,03%, ở dạng cacbon đioxit.

Hầu hết tất cả các hợp chất cacbon (trừ một số ít) là chất dẫn điện kém.
Cả kim cương và than chì đều được hình thành bởi các nguyên tử cacbon; tuy nhiên, sự khác biệt giữa chúng nằm ở cách mà các nguyên tử cacbon được liên kết với nhau.
Trong kim cương, mỗi nguyên tử cacbon, được liên kết với bốn nguyên tử cacbon khác và tạo thành một cấu trúc ba chiều cứng (xem hình bên dưới).

Trong than chì, mỗi nguyên tử cacbon, được liên kết với ba nguyên tử cacbon khác trong cùng một mặt phẳng, tạo ra một mảng lục giác (xem hình bên dưới) -

Ngoài ra còn có sự khác biệt trong một số cấu trúc vật lý của kim cương và than chì.
Kim cương là chất cứng nhất được biết đến trong khi than chì là chất trơn và trơn.
Graphit là chất dẫn điện tốt trong khi kim cương thì không.
Bảng sau minh họa cấu trúc của các hợp chất của cacbon và hydro -

Các hợp chất có công thức phân tử giống hệt nhau, nhưng cấu trúc khác nhau, được gọi là structural isomers (xem cấu trúc Butan cho dưới đây).

Các hydrocacbon no được gọi là alkanes.
Các hydrocacbon không no, bao gồm một hoặc nhiều liên kết đôi, được gọi là alkenes.
Các hydrocacbon không no, bao gồm một hoặc nhiều liên kết ba, được gọi là alkynes.

Cây mía chuyển đổi rất hiệu quả ánh sáng mặt trời thành năng lượng hóa học và nước ép của nó có thể được sử dụng để chế biến mật đường.
Khi mật mía được lên men, nó tạo ra rượu (etanol).
Một số quốc gia hiện đang sử dụng cồn như một chất phụ gia trong xăng, vì nó là một loại nhiên liệu sạch hơn.
Những rượu này, khi đốt cháy trong không khí vừa đủ (oxy), chỉ tạo ra carbon dioxide và nước.

Este là những chất có mùi ngọt, thường được tạo thành bởi phản ứng của một axit và một rượu (xem hình ảnh bên dưới - minh họa sự tạo thành este).

Khi este phản ứng với sự có mặt của axit hoặc bazơ, nó sẽ tạo ra rượu và axit cacboxylic.
Phản ứng của este với axit hoặc bazơ, được gọi là saponification bởi vì nó được sử dụng để điều chế xà phòng.
Các phân tử của xà phòng thường là muối natri hoặc muối kali của axit cacboxylic mạch dài.
Điều thú vị là phần cuối ion của xà phòng hòa tan trong nước trong khi chuỗi cacbon hòa tan trong dầu. Đặc điểm điển hình này của các phân tử xà phòng tạo thành cấu trúc được gọi làmicelles (xem hình ảnh dưới đây)

Trong các mixen, một đầu của các phân tử hướng về giọt dầu trong khi đầu ion vẫn ở bên ngoài.
Micelle xà phòng giúp hòa tan chất bẩn trong nước; tương tự như vậy, quần áo được giặt sạch.
Mặt khác, chất tẩy rửa thường là muối amoni hoặc sulphonat của axit cacboxylic mạch dài, vẫn có tác dụng ngay cả trong nước cứng.
Bột giặt thường được sử dụng để làm dầu gội đầu và một số sản phẩm khác để làm sạch quần áo.