简介： 基本内容：碳是一种非金属元素，位于元素周期表的第二周期IVA族。它的化学符号是C，它的原子序数是6，电子构型为[He]2s22p2。碳是一种很常见的元素，它以多种形式广泛存在于大气和地壳之中。碳单质很早就被人认识和利用，碳的一系列化合物——有机物更是生命的根本。<br/> 拉丁语为Carbonium，意为“煤，木炭”。汉字“碳”字由木炭的“炭”字加表固体非金属元素的石字旁构成，从 炭字音。<br/> 性状<br/> 碳单质通常是无臭无味的固体。单质碳的物理和化学性质取决于它的晶体结构，外观、密度、熔点等各自不同。 碳的单质已知以多种同素异形体的形式存在：<br/> 石墨 <br/> 金刚石 <br/>富勒烯（Fullerenes，也被称为巴基球） <br/> 无定形碳（Amorphous，不是真的异形体,内部结构是石墨） <br/>碳纳米管（Carbon nanotube） <br/> 六方金刚石（Lonsdaleite，与金刚石有相同的键型，但原子以六边形排列，也被称为六角金刚石） <br/> 赵石墨（Chaoite，石墨与陨石碰撞时产生，具有六边形图案的原子排列） <br/> 汞黝矿结构（Schwarzite，由于有七边形的出现，六边形层被扭曲到“负曲率”鞍形中的假想结构） <br/> 纤维碳（Filamentous carbon，小片堆成长链而形成的纤维） <br/>碳气凝胶（Carbon aerogels，密度极小的多孔结构，类似于熟知的硅气凝胶） <br/>碳纳米泡沫（Carbon nanofoam，蛛网状，有分形结构，密度是碳气凝胶的百分之一，有铁磁性） <br/> 最常见的两种单质是高硬度的金刚石和柔软滑腻的石墨，它们晶体结构和键型都不同。金刚石每个碳都是四面体4配位，类似脂肪族化合物；石墨每个碳都是三角形3配位，可以看作无限个苯环稠合起来。<br/> 常温下单质碳的化学性质比较稳定，不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂。<br/> 同位素<br/> 目前已知的同位素共有十二种，有碳8至碳19，其中碳12和碳13属稳定型，其馀的均带放射性，当中碳14的半衰期长达五千多年，其他的均全不足半小时。<br/> 在地球的自然界里，碳12在所有碳的含量占98.93%，碳13则有1.07%。C的原子量取碳12、13两种同位素丰度加权的平均值，一般计算时取12.01。<br/> 碳12是国际单位制中定义摩尔的尺度，以12克碳12中含有的原子数为1摩尔。碳14由于具有较长的半衰期，被广泛用来测定古物的年代。<br/> 成键<br/>碳原子一般是四价的，这就需要4个单电子，但是其基态只有2个单电子，所以成键时总是要进行杂化。最常见的杂化方式是sp3杂化，4个价电子被充分利用，平均分布在4个轨道里，属于等性杂化。这种结构完全对称，成键以后是稳定的σ键，而且没有孤电子对的排斥，非常稳定。金刚石中所有碳原子都是这种以此种杂化方式成键。烷烃的碳原子也属于此类。<br/> 根据需要，碳原子也可以进行sp2或sp杂化。这两种方式出现在成重键的情况下，未经杂化的p轨道垂直于杂化轨道，与邻原子的p轨道成π键。烯烃中与双键相连的碳原子为sp 2杂化。<br/> 由于sp2杂化可以使原子共面，当出现多个双键时，垂直于分子平面的所有p轨道就有可能互相重叠形成共轭体系。苯是最典型的共轭体系，它已经失去了双键的一些性质。石墨中所有的碳原子都处于一个大的共轭体系中，每一个片层有一个。<br/> 化合物<br/> 碳的化合物中，只有以下化合物属于无机物：<br/> 碳的氧化物：一氧化碳、二氧化碳 <br/> 碳酸盐、碳酸氢盐 <br/> 氰一系列拟卤素及其拟卤化物、拟卤酸盐：氰、氧氰，硫氰 <br/> 其它含碳化合物都是有机化合物。由于碳原子形成的键都比较稳定，有机化合物中碳的个数、排列以及取代基的种类、位置都具有高度的随意性，因此造成了有机物数量极其繁多这一现象，目前人类发现的化合物中有机物占绝大多数。有机物的性质与无机物大不相同，它们一般可燃、不易溶于水，反应机理复杂，现已形成一门独立的分科 有机化学。<br/> 分布<br/> 碳存在于自然界中(如以金刚石和石墨形式)，是煤、石油、沥青、石灰石和其它碳酸盐以及一切有机化合物的最主要的成分，在地壳中的含量约0.027%。碳是占生物体干重比例最多的一种元素。碳还以二氧化碳的形式在地球上循环于大气层与平流层。<br/> 在大多数的天体及其大气层中都存在有碳。<br/> 发现<br/> 金刚石和石墨史前人类就已经知道。 富勒烯则于1985年被发现，此后又发现了一系列排列方式不同的碳单质。<br/> 同位素碳14于1940年被发现。<br/> 单质的精炼<br/> 金刚石<br/> 金刚石即钻石可以找到集中的块状矿藏，开采出来时一般都有杂质。用另外的钻石粉末将杂质削去，并打磨成形，即得成品。一般在切削、打磨过程中要损耗掉一半的质量。<br/> 石墨<br/> 用途<br/> 在工业上和医药上，碳和它的化合物用途极为广泛。<br/> 测量古物中碳14的含量，可以得知其年代，这叫做碳14断代法。<br/> 石墨可以直接用作炭笔，也可以与粘土按一定比例混合做成不同硬度的铅芯。金刚石除了装饰之外，还可使切削用具更锋利。无定形碳由于具有极大的表面积，被用来吸收毒气、废气。富勒烯和碳纳米管则对纳米技术极为有用。<br/> 碳是钢的成分之一。<br/> 碳能在化学上自我结合而形成大量化合物，在生物上和商业上是重要的分子。生物体内大多数分子都含有碳元素。碳化合物一般从化石燃料中获得，然后再分离并进一步合成出各种生产生活所需的产品，如乙烯、塑料等。<br/> 理化特性<br/> 总体特性 <br/> 名称, 符号, 序号 碳、C、6 <br/> 系列 非金属 <br/> 族, 周期, 元素分区 14族(IVA), 2, p <br/> 密度、硬度 2267 kg/m3、<br/> 0.5 (石墨)<br/> 10.0 (钻石) <br/> 颜色和外表 黑色（石墨）<br/> 无色（钻石）<br/> 地壳含量 无数据 <br/> 原子属性 <br/> 原子量 12.0107 原子量单位 <br/>原子半径（计算值） 70（67）pm <br/>共价半径 77 pm <br/> 范德华半径 170 pm <br/> 电子构型 [氦]2s22p2 <br/> 电子在每能级的排布 2，4 <br/> 氧化价（氧化物） 4，2（弱酸性） <br/> 晶体结构 六方（石墨）<br/> 立方（钻石） <br/> 物理属性 <br/> 物质状态 固态（反磁性） <br/> 熔点 3773 K（3500 °C） <br/> 沸点 5100 K（4827 °C） <br/> 摩尔体积 5.29×10-6m3/mol <br/>汽化热 355.8 kJ/mol（升华） <br/> 熔化热 无数据（升华） <br/> 蒸气压 0 帕 <br/> 声速 18350 m/s <br/> 其他性质 <br/>电负性 2.55（鲍林标度） <br/> 比热 710 J/(kg·K) <br/>电导率 0.061×10-6/(米欧姆) <br/>热导率 129 W/(m·K) <br/> 第一电离能 1086.5 kJ/mol <br/> 第二电离能 2352.6 kJ/mol <br/> 第三电离能 4620.5 kJ/mol <br/> 第四电离能 6222.7 kJ/mol <br/> 第五电离能 37831 kJ/mol <br/> 第六电离能 47277.0 kJ/mol <br/> 最稳定的同位素 <br/> 同位素 丰度 半衰期 衰变模式 衰变能量<br/> MeV 衰变产物 <br/> 12C 98.9 % 稳定 <br/> 13C 1.1 % 稳定 <br/> 14C 微量 5730年 β衰变 0.156 14N <br/> 在没有特别注明的情况下使用的是<br/>国际标准基准单位单位和标准气温和气压 <br/>元素符号： C 英文名： Carbon 中文名： 碳 <br/>相对原子质量： 12.011 常见化合价： -4,+2,+4 电负性： 2.55 <br/> 外围电子排布： 2s2 2p2 核外电子排布： 2,4 <br/> 同位素及放射线： C-11[20.3m] *C-12 C-13 C-14[5730y] C-15[2.5s]<br/> 电子亲合和能： 121.85 KJ·mol-1 <br/> 第一电离能： 1086 KJ·mol-1 第二电离能： 2353 KJ·mol-1 第三电离能： 4621 KJ·mol-1 <br/> 单质密度： 3.51(金刚石)/2.25(石墨) g/cm3 单质熔点： 3550.0(金刚石)/3500.0(石墨) ℃ 单质沸点： 4827.0 ℃ <br/> 原子半径： 0.91 埃 离子半径： 0.16(+4) 埃 共价半径： 0.77 埃 <br/> 常见化合物： 各种有机物 CaC2 H2CO3 CO2 CO NaCO3 NaHCO3 <br/> 发现人： 远古就被发现 时间： 0 地点： 未知 <br/> 名称由来： <br/> 拉丁文： carbo（木炭）。 <br/> 元素描述： <br/> 同素异形体包括钻石和石墨。是宇宙中含量第六的元素。 <br/> 元素来源： <br/> 在氧气不足的条件下燃烧有机物得到。 <br/> 元素用途： <br/> 焦炭用于炼铁，活性炭用于过滤，其他用途极为广泛。放射性同位素碳14用于测定远古遗物的年代。