化學元素解釋：

性質

化學符號：C

元素原子量：12.01

質子數：6

原子序數：6

周期：2

族：IVA

電子層分布：2-4

原子體積：4.58cm3/mol

原子半徑：70(67)pm

共價半徑：77pm

范德華半徑：170pm

電子構型：1s22s22p2

電子在每能級的排布：2，4

氧化價(氧化物)：4，3，2(弱酸性)

顏色和外表：黑色(石墨)，無色(金剛石)

物質狀態：固態

物理屬性：反磁性

熔點：約為3550℃(金剛石)

沸點：約為4827℃(升華)

摩爾體積：5.29×10-6m3/mol

元素在太陽中的含量：(ppm)3000

元素在海水中的含量：(ppm)太平洋表面23

元素在地殼中含量：、(ppm)4800

莫氏硬度：石墨1-2，金剛石10

氧化態：主要為-4,，C+2，C+4(還有其他氧化態)

化學鍵能：(kJ/mol)C-H411C-C348C=C614C≡C839C=N615C≡N891C=O745C≡O1074

晶胞參數：a=246.4pmb=246.4pmc=671.1pmα=90°β=90°γ=120°

電離能：(kJ/mol)M-M+1086.2M+-M2+2352M2+-M3+4620M3+-M4+6222M4+-M5+37827M5+-M6+47270

單質密度：3.513g/cm3(金剛石)、2.260g/cm3(石墨，20℃)

電負性：2.55(鮑林標度)

比熱：710J/(kg·K)

電導率：0.061×10-6/(米歐姆)

熱導率：129W/(m·K)第一電離能1086.5kJ/mol、第二電離能2352.6kJ/mol、第三電離能4620.5kJ/mol、第四電離能6222.7kJ/mol、第五電離能37831kJ/mol、第六電離能47277.0kJ/mol/。

簡介

碳單質很早就被人認識和利用，碳的一系列化合物——有機物更是生命的根本。碳是生鐵、熟鐵和鋼的成分之一。碳能在化學上自我結合而形成大量化合物，在生物上和商業上是重要的分子。生物體內大多數分子都含有碳元素。

碳化合物一般從化石燃料中獲得，然后再分離并進一步合成出各種生產生活所需的產品，如乙烯、塑料等。

碳的存在形式是多種多樣的，有晶態單質碳如金剛石、石墨;有無定形碳如煤;有復雜的有機化合物如動植物等;碳酸鹽如大理石等。單質碳的物理和化學性質取決于它的晶體結構。高硬度的金剛石和柔軟滑膩的石墨晶體結構不同，各有各的外觀、密度、熔點等。

常溫下單質碳的化學性質比較穩定，不溶于水、稀酸、稀堿和有機溶劑;不同高溫下與氧反應，生成二氧化碳或一氧化碳;在鹵素中只有氟能與單質碳直接反應;在加熱下，單質碳較易被酸氧化;在高溫下，碳還能與許多金屬反應，生成金屬碳化物。

同位素

目前已知的同位素共有十二種，有碳8至碳19，其中碳12和碳13屬穩定型，其余的均帶放射性，當中碳14的半衰期長達五千多年，其他的均全不足半小時。在地球的自然界里，碳12在所有碳的含量占98.93%，碳13則有1.07%。C的原子量取碳12、13兩種同位素豐度加權的平均值，一般計算時取12.01。碳12是國際單位制中定義摩爾的尺度，以12克碳12中含有的原子數為1摩爾。碳14由于具有較長的半衰期，被廣泛用來測定古物的年代。

形式介紹

最常見的兩種單質是高硬度的金剛石和柔軟滑膩的石墨，它們晶體結構和鍵型都不同。金剛石每個碳都是四面體4配位，類似脂肪族化合物;石墨每個碳都是三角形3配位，可以看作無限個苯環稠合起來。

1、金剛石(diamond)

最為堅固的一種碳結構，其中的碳原子以晶體結構的形式排列，每一個碳原子與另外四個碳原子緊密鍵合，最終形成了一種硬度大、活性差的固體。金剛石的熔點超過3500℃，相當于某些恒星表面溫度。

2、石墨(graphite)

石墨中碳原子以平面層狀結構鍵合在一起，層與層只見鍵合比較脆弱，因此層與層之間容易被滑動而分開。

3、富勒烯(fullerene)

1985年由美國德克薩斯州羅斯大學的科學家發現。富勒烯中的碳原子是以球狀穹頂的結構鍵合在一起。

4、其他碳結構

無定形碳：(Amorphous，不是真的異形體,內部結構是石墨)

碳納米管：(Carbonnanotube)

六方金剛石：(Lonsdaleite，與金剛石有相同的鍵型，但原子以六邊形排列，也被稱為六角金剛石)

石墨：(Chaoite，石墨與隕石碰撞時產生，具有六邊形圖案的原子排列)

汞黝礦結構：(Schwarzite，由于有七邊形的出現，六邊形層被扭曲到“負曲率”鞍形中的假想結構)

纖維碳：(Filamentouscarbon，小片堆成長鏈而形成的纖維)

碳氣凝膠：(Carbonaerogels，密度極小的多孔結構，類似于熟知的硅氣凝膠)

碳納米泡沫：(Carbonnanofoam，蛛網狀，有分形結構，密度是碳氣凝膠的百分之一，有鐵磁性)

化合物

碳的化合物中，只有以下化合物屬于無機物：碳的氧化物、硫化物：一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、二硫化碳(CS2)、碳酸鹽、碳酸氫鹽、氰一系列擬鹵素及其擬鹵化物、擬鹵酸鹽：氰(CN)2、氧氰，硫氰。

其它含碳化合物都是有機化合物。由于碳原子形成的鍵都比較穩定，有機化合物中碳的個數、排列以及取代基的種類、位置都具有高度的隨意性，因此造成了有機物數量極其繁多這一現象，目前人類發現的化合物中有機物占絕大多數。

有機物的性質與無機物大不相同，它們一般可燃、不易溶于水，反應機理復雜，現已形成一門獨立的分科——有機化學。分布碳存在于自然界中(如以金剛石和石墨形式)，是煤、石油、瀝青、石灰石和其它碳酸鹽以及一切有機化合物的最主要的成分，在地殼中的含量約0.027%。碳是占生物體干重比例最多的一種元素。碳還以二氧化碳的形式在地球上循環于大氣層與平流層。在大多數的天體及其大氣層中都存在有碳。

性狀與成鍵

性狀：

碳單質通常是無臭無味的固體。單質碳的物理和化學性質取決于它的晶體結構，外觀、密度、熔點等各自不同。碳的單質已知以多種同素異形體的形式存在：

成鍵：

碳原子一般是四價的，這就需要4個單電子，但是其基態只有2個單電子，所以成鍵時總是要進行雜化。最常見的雜化方式是sp3雜化，4個價電子被充分利用，平均分布在4個軌道里，屬于等性雜化。這種結構完全對稱，成鍵以后是穩定的σ鍵，而且沒有孤電子對的排斥，非常穩定。金剛石中所有碳原子都是這種以此種雜化方式成鍵。烷烴的碳原子也屬于此類。

根據需要，碳原子也可以進行sp2或sp雜化。這兩種方式出現在成重鍵的情況下，未經雜化的p軌道垂直于雜化軌道，與鄰原子的p軌道成π鍵。烯烴中與雙鍵相連的碳原子為sp 2雜化。

由于sp2雜化可以使原子共面，當出現多個雙鍵時，垂直于分子平面的所有p軌道就有可能互相重疊形成共軛體系。苯是最典型的共軛體系，它已經失去了雙鍵的一些性質。石墨中所有的碳原子都處于一個大的共軛體系中，每一個片層有一個。

分布與發現

碳存在于自然界中(如以金剛石和石墨形式)，是煤、石油、瀝青、石灰石和其它碳酸鹽以及一切有機化合物的最主要的成分，在地殼中的含量約0.027%。碳是占生物體干重比例最多的一種元素。碳還以二氧化碳的形式在地球上循環于大氣層與平流層。在大多數的天體及其大氣層中都存在有碳。

金剛石和石墨史前人類就已經知道。 富勒烯則于1985年被發現，此后又發現了一系列排列方式不同的碳單質。同位素碳14由美國科學家 馬丁·卡門和塞繆爾·魯賓于1940年發現。