第1个回答 2022-11-17
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。\x0d\x0a\x0d\x0a原子体积:(立方厘米/摩尔)\x0d\x0a\x0d\x0a4.58\x0d\x0a\x0d\x0a元素在太阳中的含量:(ppm) \x0d\x0a3000\x0d\x0a\x0d\x0a元素在海水中的含量:(ppm)\x0d\x0a太平洋表面 23\x0d\x0a\x0d\x0a地壳中含量：（ppm）\x0d\x0a480\x0d\x0a\x0d\x0a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。\x0d\x0a\x0d\x0a性状\x0d\x0a\x0d\x0a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：\x0d\x0a\x0d\x0a石墨 \x0d\x0a莫氏硬度：石墨1-2 金刚石 10 \x0d\x0a金刚石 \x0d\x0a\x0d\x0a氧化态：\x0d\x0aMain C-4, C+2, C+4 \x0d\x0a\x0d\x0aOther \x0d\x0a\x0d\x0a化学键能： (kJ /mol) \x0d\x0aC-H 411 \x0d\x0aC-C 348 \x0d\x0aC=C 614 \x0d\x0aC≡C 839 \x0d\x0aC=N 615 \x0d\x0aC≡N 891 \x0d\x0aC=O 745 \x0d\x0aC≡O 1074 \x0d\x0a\x0d\x0a热导率: W/(m·K)\x0d\x0a(graphite) 119-165 \x0d\x0a晶胞参数：\x0d\x0aa = 246.4 pm \x0d\x0ab = 246.4 pm \x0d\x0ac = 671.1 pm \x0d\x0aα = 90° \x0d\x0aβ = 90° \x0d\x0aγ = 120° \x0d\x0a\x0d\x0a电离能 (kJ/ mol) \x0d\x0aM - M+ 1086.2 \x0d\x0aM+ - M2+ 2352 \x0d\x0aM2+ - M3+ 4620 \x0d\x0aM3+ - M4+ 6222 \x0d\x0aM4+ - M5+ 37827 \x0d\x0aM5+ - M6+ 47270 \x0d\x0a\x0d\x0a富勒烯（Fullerenes，也被称为巴基球） \x0d\x0a\x0d\x0a无定形碳（Amorphous，不是真的异形体,内部结构是石墨） \x0d\x0a\x0d\x0a碳纳米管（Carbon nanotube） \x0d\x0a\x0d\x0a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） \x0d\x0a\x0d\x0a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） \x0d\x0a\x0d\x0a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） \x0d\x0a\x0d\x0a纤维碳（Filamentous carbon，小片堆成长链而形成的纤维） \x0d\x0a\x0d\x0a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） \x0d\x0a\x0d\x0a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） \x0d\x0a\x0d\x0a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。\x0d\x0a\x0d\x0a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。\x0d\x0a\x0d\x0a同位素\x0d\x0a\x0d\x0a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，其余的均带放射性，当中碳14的半衰期长达五千多年，其他的均全不足半小时。\x0d\x0a\x0d\x0a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。\x0d\x0a\x0d\x0a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。\x0d\x0a\x0d\x0a成键\x0d\x0a\x0d\x0a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。\x0d\x0a\x0d\x0a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。\x0d\x0a\x0d\x0a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。\x0d\x0a\x0d\x0a化合物\x0d\x0a\x0d\x0a碳的化合物中，只有以下化合物属于无机物：\x0d\x0a\x0d\x0a碳的氧化物、硫化物：一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、二硫化碳(CS2)、碳酸盐、碳酸氢盐、氰一系列拟卤素及其拟卤化物、拟卤酸盐：氰(CN)2、氧氰，硫氰。\x0d\x0a\x0d\x0a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。\x0d\x0a\x0d\x0a分布\x0d\x0a\x0d\x0a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。\x0d\x0a\x0d\x0a在大多数的天体及其大气层中都存在有碳。\x0d\x0a\x0d\x0a发现\x0d\x0a\x0d\x0a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。\x0d\x0a\x0d\x0a同位素碳14由美国科学家马丁·卡门和塞缪尔·鲁宾于1940年发现。\x0d\x0a\x0d\x0a单质的精炼\x0d\x0a\x0d\x0a金刚石\x0d\x0a\x0d\x0a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。\x0d\x0a\x0d\x0a石墨\x0d\x0a\x0d\x0a用途\x0d\x0a\x0d\x0a在工业上和医药上，碳和它的化合物用途极为广泛。\x0d\x0a\x0d\x0a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。\x0d\x0a\x0d\x0a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。\x0d\x0a\x0d\x0a碳是生铁、熟铁和钢的成分之一，在生铁中的质量分数为2%~4.3%，在钢中的质量分数为0.03%~2%。\x0d\x0a\x0d\x0a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。\x0d\x0a\x0d\x0a理化特性\x0d\x0a\x0d\x0a总体特性 \x0d\x0a\x0d\x0a元素名称：碳\x0d\x0a\x0d\x0a元素符号：C\x0d\x0a\x0d\x0a元素类型：非金属\x0d\x0a\x0d\x0a元素原子量：12．01\x0d\x0a\x0d\x0a质子数：6\x0d\x0a\x0d\x0a中子数：7\x0d\x0a\x0d\x0a原子序数：6\x0d\x0a\x0d\x0a所属周期：2\x0d\x0a\x0d\x0a所属族数：IVA\x0d\x0a\x0d\x0a电子层分布：2－4\x0d\x0a\x0d\x0a密度、硬度 密度为3.513 g/cm3(金刚石)、2.260 g/cm3(石墨)（20 ℃)、\x0d\x0a\x0d\x0a0.5 (石墨)\x0d\x0a\x0d\x0a10.0 (钻石) \x0d\x0a\x0d\x0a颜色和外表 黑色（石墨）\x0d\x0a\x0d\x0a无色（钻石）\x0d\x0a\x0d\x0a地壳含量 无数据 \x0d\x0a\x0d\x0a原子属性 \x0d\x0a\x0d\x0a原子量 12.0107 原子量单位 \x0d\x0a\x0d\x0a原子半径（计算值） 70（67）pm \x0d\x0a\x0d\x0a共价半径 77 pm \x0d\x0a\x0d\x0a范德华半径 170 pm \x0d\x0a\x0d\x0a电子构型 [氦]2s22p2 \x0d\x0a\x0d\x0a电子在每能级的排布 2，4 \x0d\x0a\x0d\x0a氧化价（氧化物） 4，3,2（弱酸性） \x0d\x0a\x0d\x0a晶体结构 六方（石墨）\x0d\x0a\x0d\x0a立方（钻石） \x0d\x0a\x0d\x0a物理属性 \x0d\x0a\x0d\x0a物质状态 固态（反磁性） \x0d\x0a\x0d\x0a熔点 熔点约为3 550 ℃（金刚石） \x0d\x0a\x0d\x0a沸点 沸点约为4 827 ℃（升华）\x0d\x0a\x0d\x0a摩尔体积 5.29×10-6m3/mol \x0d\x0a\x0d\x0a汽化热 355.8 kJ/mol（升华） \x0d\x0a\x0d\x0a熔化热 无数据（升华） \x0d\x0a\x0d\x0a蒸气压 0 帕 \x0d\x0a\x0d\x0a声速 18350 m/s \x0d\x0a\x0d\x0a其他性质 \x0d\x0a\x0d\x0a电负性 2.55（鲍林标度） \x0d\x0a\x0d\x0a比热 710 J/(kg·K) \x0d\x0a\x0d\x0a电导率 0.061×10-6/(米欧姆) \x0d\x0a\x0d\x0a热导率 129 W/(m·K) \x0d\x0a\x0d\x0a第一电离能 1086.5 kJ/mol \x0d\x0a\x0d\x0a第二电离能 2352.6 kJ/mol \x0d\x0a\x0d\x0a第三电离能 4620.5 kJ/mol \x0d\x0a\x0d\x0a第四电离能 6222.7 kJ/mol \x0d\x0a\x0d\x0a第五电离能 37831 kJ/mol \x0d\x0a\x0d\x0a第六电离能 47277.0 kJ/mol \x0d\x0a\x0d\x0a最稳定的同位素 \x0d\x0a\x0d\x0a同位素 丰度 半衰期 衰变模式 衰变能量\x0d\x0a\x0d\x0aMeV 衰变产物 \x0d\x0a\x0d\x0a12C 98.9 % 稳定 \x0d\x0a\x0d\x0a13C 1.1 % 稳定 \x0d\x0a\x0d\x0a14C 微量 5730年 β衰变 0.156 14N \x0d\x0a\x0d\x0a在没有特别注明的情况下使用的是\x0d\x0a\x0d\x0a国际标准基准单位单位和标准气温和气压\x0d\x0a\x0d\x0a碳,原子序数6,原子量12.011。元素名来源拉丁文，原意是“炭”。碳是自然界中分布很广的元素之一，在地壳中的含量约0.27%。碳的存在形式是多种多样的，有晶态单质碳如金刚石、石墨；有无定形碳如煤；有复杂的有机化合物如动植物等；碳酸盐如大理石等。 \x0d\x0a\x0d\x0a 单质碳的物理和化学性质取决于它的晶体结构。高硬度的金刚石和柔软滑腻的石墨晶体结构不同，各有各的外观、密度、熔点等。\x0d\x0a\x0d\x0a 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；不同高温下与氧反应，生成二氧化碳或一氧化碳；在卤素中只有氟能与单质碳直接反应；在加热下，单质碳较易被酸氧化；在高温下，碳还能与许多金属反应，生成金属碳化物。