5 ứng dụng phổ biến của Carbon trong đời sống hàng ngày

Các nguyên tố hóa học không phải là thứ gì đó xa vời chỉ xuất hiện trong sách giáo khoa hay phòng thí nghiệm, mà chúng hiện diện ngay trong đời sống chúng ta. Tiêu biểu và gần gũi nhất chính là Carbon. Hãy cùng KPTCHEM tìm hiểu xem nguyên tố cơ bản này được ứng dụng như thế nào trong đời sống chúng ta nhé!

Kỳ trước, chúng ta đã tìm ra câu trả lời cho thành phần chính của viên kim cương là gì, đó chính là nguyên tố Carbon có ký hiệu hóa học là C và số hiệu nguyên tử là 6. Có thể nhiều người sẽ bất ngờ bởi carbon vốn chỉ là một nguyên tố cơ bản nhưng lại có thể tạo nên một trong những loại đá quý đắc đỏ nhất hành tinh. Thực tế, carbon tồn tại trong nhiều hình thù khác nhau và kim cương chỉ là một dạng trong số đó, bên cạnh than chì, than hoạt tính,…

Carbon là một nguyên tố hóa học cơ bản nhất trong vũ trụ nhưng lại có vai trò vô cùng to lớn. Từ sự sống, môi trường cho đến công nghệ hiện đại, carbon luôn là nền tảng không thể thay thế trong đời sống con người. Ảnh: Google Images.

Điều thú vị là dù không hào nhoáng như vàng hay bạc, cũng không khan hiếm như uranium, nhưng phi kim này lại sở hữu sự linh hoạt và bền vững vượt trội cùng khả năng tạo liên kết đặc biệt đã khiến nó trở thành nền tảng của vô số ứng dụng mà con người vẫn dùng hàng ngày.

5 ứng dụng phổ biến của Carbon trong đời sống

Trên thực tế, nếu phải chọn ra một nguyên tố ảnh hưởng sâu sắc nhất đến sự sống và nền văn minh nhân loại thì chắc chắn carbon sẽ được nhắc đến đầu tiên. Xét về độ phong phú, nguyên tố này được xếp thứ tư trong vũ trụ và chỉ đứng sau hydro, heli và oxy. Điều này lý giải vì sao carbon là một trong những nguyên tố “cốt lõi” của sự sống trên Trái đất, từ không khí chúng ta hít thở, thực phẩm chúng ta ăn đến vật liệu xây dựng, thiết bị điện tử và y học hiện đại, carbon đều hiện diện theo nhiều cách khác nhau. Và ở đây, chúng ta sẽ tìm hiểu về những ứng dụng phổ biến của carbon trong đời sống thường nhật.

“Xương sống” trong ngành hóa học hữu cơ và vô cơ

Hóa học hữu cơ là một ngành chuyên nghiên cứu carbon và các hợp chất của nó. Đây là nền tảng của sinh học, y học, dược phẩm và công nghiệp vật liệu. Điểm thú vị là các phân tử sinh học quan trọng như protein, lipid, carbohydrate và axit nucleic đều có bộ khung carbon.

Carbon có khả năng liên kết với nhau tạo thành chuỗi dài, vòng phức tạp hoặc cấu trúc không gian ba chiều. Nhờ đặc tính này, con người có thể tổng hợp ra hàng loạt vật liệu và sản phẩm phục vụ đời sống như:

• Nhựa và polymer dùng trong bao bì, đồ gia dụng, thiết bị y tế
• Thuốc và dược phẩm điều trị bệnh
• Phụ gia thực phẩm và chất tạo hương
• Hóa chất tẩy rửa và dung môi công nghiệp

Không chỉ giới hạn trong hóa học hữu cơ, carbon còn đóng vai trò quan trọng trong hóa học vô cơ. Một ví dụ điển hình là thép carbon. Khi carbon được thêm vào sắt với hàm lượng phù hợp, nó làm tăng độ cứng, độ bền và khả năng chịu lực của thép. Với vật liệu này, các công trình xây dựng, cầu đường, máy móc, phương tiện giao thông mới có thể hoạt động bền bỉ và an toàn.

Ngoài ra, nguyên tố này còn được ứng dụng làm composite sợi carbon được ứng dụng rộng rãi. Dễ thấy nhất là dụng cụ thể thao như khung vợt cầu lông, tennis hay pickleball, giúp tăng độ cứng trong khi giảm trọng lượng của vợt, ít biến dạng, độ bền cao, đồng thời hỗ trợ giảm rung giúp bảo vệ người chơi.

Không có carbon, sẽ không có thực phẩm, không có nhiên liệu hóa thạch, không có nhựa, thuốc men hay vật liệu hiện đại. Ảnh: Google Images.

Than hoạt tính

Đây là một trong những ứng dụng phổ biến và gần gũi nhất của carbon. Than hoạt tính có thể được sản xuất từ nhiều nguyên liệu giàu carbon như than đá, gỗ, tre, vỏ dừa. Sau khi được xử lý đặc biệt bằng oxy hoặc hóa chất (H3PO4, KOH, ZnCl2,…) giúp than trở nên rất xốp với diện tích bề mặt cực lớn. Chính đặc điểm này giúp than hoạt tính có khả năng hấp phụ mạnh mẽ và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như:

• Lọc nước sinh hoạt và nước uống: giúp nước trở nên trong và dễ uống hơn mà còn góp phần giảm một số chất ô nhiễm thường gặp trong nguồn nước sinh hoạt.
• Xử lý nước thải công nghiệp: loại bỏ những tạp chất mà các công đoạn xử lý cơ học và sinh học khó xử lý triệt để; cải thiện rõ rệt chất lượng nước sau xử lý, làm nước trong hơn, giảm mùi và giảm nồng độ các chất ô nhiễm nguy hại.
• Lọc không khí và khử mùi: nhờ khả năng hấp phụ mạnh nhiều loại khí độc, hợp chất hữu cơ bay hơi và các phân tử gây mùi khó chịu trong không khí, giúp không khí trở nên sạch hơn và dễ chịu hơn.
• Chế biến thực phẩm và đồ uống: giúp loại bỏ tạp chất không mong muốn mà vẫn giữ lại các thành phần có lợi.

Ngoài ra, trong y tế, than hoạt tính được dùng để hấp phụ độc tố trong các trường hợp ngộ độc đường tiêu hóa. Ngoài ra, nó còn xuất hiện trong các sản phẩm chăm sóc sức khỏe và đồ uống giải độc.

Carbon trong ngành công nghiệp

Một ứng dụng ít được để ý nhưng vô cùng quan trọng của carbon là trong chế tạo chất màu. Muội than là một hình thù carbon dạng bột mịn, được tạo ra từ quá trình đốt cháy không hoàn toàn một số nguyên liệu thô gồm than đá, thực vật và các sản phẩm dầu mỏ. Muội than thu được sử dụng để tạo màu đen cho nhiều sản phẩm quen thuộc như: mực in, nước sơn, mỹ phẩm như mascara và kẻ mắt,…

Ngoài ra, đã bao giờ bạn hỏi vì sao lốp xe đều có màu đen trong khi cao su vốn có màu trắng ngà? Đó là vì muội than có màu đen tự nhiên. Thực tế, carbon được dùng rất nhiều trong sản xuất cao su và lốp xe, sự có mặt của nguyên tố này giúp tăng độ bền và dẻo dai của cao su, tăng khả năng chống mài mòn và làm chậm quá trình lão hóa cao su.

Dù có vai trò quan trọng trong đời sống và sản xuất, song, việc xả thải quá mức các hợp chất của carbon như CO, CO2, CH4,… lại là nguy cơ gây ô nhiễm môi trường và góp phần gây ra hiệu ứng nhà kính. Ảnh: rui_noronha / iStock.

Carbon trong pin, năng lượng và công nghệ hiện đại

Vai trò của carbon trong lĩnh vực năng lượng ngày càng quan trọng hơn. Cụ thể, trong pin và ắc quy, carbon được dùng làm điện cực, chất dẫn điện và vật liệu lưu trữ năng lượng. Các công nghệ pin lithium ion, siêu tụ điện và pin nhiên liệu đều tận dụng đặc tính dẫn điện và độ bền hóa học của carbon. Hiện nay, trong bối cảnh chuyển dịch sang năng lượng sạch, carbon tiếp tục là vật liệu chiến lược cho tương lai xanh.

Carbon trong lò phản ứng hạt nhân điều tiết bằng than chì

Một ứng dụng mang tính kỹ thuật cao của carbon là trong lò phản ứng hạt nhân điều tiết bằng than chì. Trong các lò phản ứng này, than chì được sử dụng để làm giảm tốc độ của neutron, giúp duy trì phản ứng hạt nhân và cho phép sử dụng uranium ở trạng thái tự nhiên.

Các khối than chì cũng đóng vai trò then chốt giúp vận hành an toàn. Cụ thể, khí carbon dioxide được dẫn qua các khối than chì để loại bỏ nhiệt sinh ra trong lò. Các thanh điều khiển dùng để dừng phản ứng hạt nhân cũng được đặt trong cấu trúc than chì.

Kết luận

Trên đây chỉ là một số trong rất nhiều ứng dụng của carbon trong cuộc sống hàng ngày. Nếu nhìn rộng ra, carbon không chỉ là một nguyên tố hóa học mà còn là nền tảng của xã hội hiện đại. Từ ngôi nhà bạn đang ở, chiếc xe bạn đi, đến thiết bị điện tử và thực phẩm, loại phi kim này đều góp mặt dưới nhiều hình thức khác nhau. Chúng ta có thể không nhận ra, nhưng mỗi ngày đều đang hưởng lợi từ các ứng dụng của nó.

Tóm lại, Carbon là minh chứng rõ ràng cho việc một nguyên tố đơn giản có thể tạo ra tác động to lớn đến đời sống con người. Điều làm nên giá trị của nó nằm ở khả năng thích nghi, liên kết và xuất hiện đúng chỗ.