碳的物理和化学性质

碳的物理和化学性质。
具体内容是:
1.碳怎样存在在下列物质中。墨汁、普通木头、金刚石、耐储存的木头(比如建造千年古刹的木材)、活性炭。
2.在化学反应中,碳喜欢和什么元素结合、和什么元素排斥,结合和排斥的优先顺序是什么。
3.怎样制造纳米碳。
补充一下问题1:碳在下列物质中以怎样的不同的物理和化学结构存在,从而表现出不同的物理性质和化学性质:墨汁、普通木头、金刚石、耐储存的木头、活性炭。

1.除木头外,以单质存在 木头中以纤维素淀粉等存在
2.碳一般显正价,易与具有氧化性的物质结合,氧化性越强结合越容易
但有些特例如CH4 碳是-4价
在有机化合物里可以自己形成碳链等
3.这是各国科学家正在研究的课题,还处于技术封闭阶段
电弧放电法,激光蒸发法,气相沉积法等,这些谁也不懂

金刚石晶体属立方晶系,是典型的原子晶体,每个碳原子都以sp3杂化轨道与另外四个碳原子形成共价键,构成正四面体。这是金刚石的面心立方晶胞的结构。
由于金刚石晶体中C—C键很强,所有价电子都参与了共价键的形成,晶体中没有自由电子,所以金刚石不仅硬度大,熔点高,而且不导电。

在石墨晶体中,碳原子以sp2杂化轨道和邻近的三个碳原子形成共价单键,构成六角平面的网状结构,这些网状结构又连成片层结构。层中每个碳原子均剩余一个未参加sp2杂化的p轨道,其中有一个未成对的p电子,同一层中这种碳原子中的m电子形成一个m中心m电子的大∏键(键)。这些离域电子可以在整个儿碳原子平面层中活动,所以石墨具有层向的良好导电导热性质。

石墨的层与层之间是以分子间力结合起来的,因此石墨容易沿着与层平行的方向滑动、裂开。石墨质软具有润滑性。

由于石墨层中有自由的电子存在,石墨的化学性质比金刚石稍显活泼。

在C60分子中,每个碳原子以sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子相连,剩余的未参加杂化的一个p轨道在C60球壳的外围和内腔形成球面大∏键,从而具有芳香性。

墨汁的主要成分是骨胶和炭黑 炭黑是一种无定形碳
无定形碳指木炭、焦炭、骨炭、糖炭、活性炭和炭黑等。除骨炭含碳在10%左右以外,其余主要成分都是单质碳。煤炭是天然存在的无定形碳,其中含有一些由碳、氢、氮等组成的化合物。所谓无定形碳,并不是指这些物质存在的形状,而是指其内部结构。实际上它们的内部结构并不是真正的无定形体,而是具有和石墨一样结构的晶体,只是由碳原子六角形环状平面形成的层状结构零乱而不规则,晶体形成有缺陷,而且晶粒微小,含有少量杂质。
温馨提示:答案为网友推荐,仅供参考
第1个回答  2008-02-04
答:
物理性质
具有吸附能力,活性炭是一种非极性吸附剂,主要成分除碳以外,还含有少量的氧、氢、硫等元素,以及水分、灰分,具有良好的吸附性能和稳定的化学性质,可耐强酸、强碱,能经受水侵、高温、高压而作用不被破坏。活性炭具有巨大的比表面积和特别发达的微孔,它以物理吸附为主,但由于表面氧化物的存在,也进行一些化学选择性吸附。

化学性质:
碳的单质都由碳元素组成,因而都表现出相同的碳元素的化学性质。 在常温下非常稳定,受日光照射或与水分接触,都不起变化,也不与一般化学试剂发生反应。但高温时,它的化学活泼性大大增强,表现为它的可燃性和还原性。
(1) 可燃性:

a. 在氧气中或空气中完全燃烧:生成二氧化碳并放出大量的热。

b.空气不足,燃烧不完全:除生成二氧化碳外,还会产生一氧化碳,并放热。

(2) 还原性:

a.干燥木炭粉和氧化铜均匀混合,加强热。

b.炽热的碳可使二氧化碳还原成一氧化碳。

c.炽热的碳可使水蒸汽还原。
第2个回答  2008-02-03
1.碳怎样存在在下列物质中。墨汁、普通木头、金刚石、耐储存的木头(比如建造千年古刹的木材)、活性炭。

答:单质。

2.在化学反应中,碳喜欢和什么元素结合、和什么元素排斥,结合和排斥的优先顺序是什么。

答:碳习惯和氧化性强的元素结合,与还原性强的元素排斥。借合与排斥的先后顺序是:该元素的氧化性越强,越容易与碳结合。该元素的还原性越强,越与碳元素向排斥。

3.怎样制造纳米碳。

纳米碳包括C60,碳纳米管,纳米棒等。合成方法有很多种,例如:电弧放电法,激光蒸发法,气相沉积法等。
第3个回答  2008-02-03
1错!!!
普通木头耐储存的木头中都是有机化合物存在的!!!例如纤维素,淀粉等等。
植物吸收空气中的二氧化碳然后光合作用形成有机物,怎么会形成炭单质呢?
2。讨论这个问题没什么意义,炭有正价,也有负价。
3纳米碳包括C60,碳纳米管,纳米棒等。合成方法有很多种,例如:电弧放电法,激光蒸发法,气相沉积法等
第4个回答  2008-02-06
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。

原子体积:(立方厘米/摩尔)

4.58

元素在太阳中的含量:(ppm)
3000

元素在海水中的含量:(ppm)
太平洋表面 23

地壳中含量:(ppm)
480

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。

性状

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:

石墨
莫氏硬度:石墨1-2 金刚石 10
金刚石

氧化态:
Main C-4, C+2, C+4

Other

化学键能: (kJ /mol)
C-H 411
C-C 348
C=C 614
C≡C 839
C=N 615
C≡N 891
C=O 745
C≡O 1074

热导率: W/(m·K)
(graphite) 119-165
晶胞参数:
a = 246.4 pm
b = 246.4 pm
c = 671.1 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 120°

电离能 (kJ/ mol)
M - M+ 1086.2
M+ - M2+ 2352
M2+ - M3+ 4620
M3+ - M4+ 6222
M4+ - M5+ 37827
M5+ - M6+ 47270

富勒烯(Fullerenes,也被称为巴基球)

无定形碳(Amorphous,不是真的异形体,内部结构是石墨)

碳纳米管(Carbon nanotube)

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)

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)

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)

纤维碳(Filamentous carbon,小片堆成长链而形成的纤维)

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)

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)

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。

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。

同位素

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。

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。

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。

成键

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。

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。

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。

化合物

碳的化合物中,只有以下化合物属于无机物:

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。

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。

分布

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。

在大多数的天体及其大气层中都存在有碳。

发现

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。

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。

单质的精炼

金刚石

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。

石墨

用途

在工业上和医药上,碳和它的化合物用途极为广泛。

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。

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。

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%。

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。

理化特性

总体特性

元素名称:碳

元素符号:C

元素类型:非金属

元素原子量:12.01

质子数:6

中子数:7

原子序数:6

所属周期:2

所属族数:IVA

电子层分布:2-4

密度、硬度 密度为3.513 g/cm3(金刚石)、2.260 g/cm3(石墨)(20 ℃)、

0.5 (石墨)

10.0 (钻石)

颜色和外表 黑色(石墨)

无色(钻石)

地壳含量 无数据

原子属性

原子量 12.0107 原子量单位

原子半径(计算值) 70(67)pm

共价半径 77 pm

范德华半径 170 pm

电子构型 [氦]2s22p2

电子在每能级的排布 2,4

氧化价(氧化物) 4,3,2(弱酸性)

晶体结构 六方(石墨)

立方(钻石)

物理属性

物质状态 固态(反磁性)

熔点 熔点约为3 550 ℃(金刚石)

沸点 沸点约为4 827 ℃(升华)

摩尔体积 5.29×10-6m3/mol

汽化热 355.8 kJ/mol(升华)

熔化热 无数据(升华)

蒸气压 0 帕

声速 18350 m/s

其他性质

电负性 2.55(鲍林标度)

比热 710 J/(kg·K)

电导率 0.061×10-6/(米欧姆)

热导率 129 W/(m·K)

第一电离能 1086.5 kJ/mol

第二电离能 2352.6 kJ/mol

第三电离能 4620.5 kJ/mol

第四电离能 6222.7 kJ/mol

第五电离能 37831 kJ/mol

第六电离能 47277.0 kJ/mol

最稳定的同位素

同位素 丰度 半衰期 衰变模式 衰变能量

MeV 衰变产物

12C 98.9 % 稳定

13C 1.1 % 稳定

14C 微量 5730年 β衰变 0.156 14N

在没有特别注明的情况下使用的是

国际标准基准单位单位和标准气温和气压

碳,原子序数6,原子量12.011。元素名来源拉丁文,愿意是“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。
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。

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。
第5个回答  2008-02-15
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。

原子体积:(立方厘米/摩尔)

4.58

元素在太阳中的含量:(ppm)
3000

元素在海水中的含量:(ppm)
太平洋表面 23

地壳中含量:(ppm)
480

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。

性状

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:

石墨
莫氏硬度:石墨1-2 金刚石 10
金刚石

氧化态:
Main C-4, C+2, C+4

Other

化学键能: (kJ /mol)
C-H 411
C-C 348
C=C 614
C≡C 839
C=N 615
C≡N 891
C=O 745
C≡O 1074

热导率: W/(m·K)
(graphite) 119-165
晶胞参数:
a = 246.4 pm
b = 246.4 pm
c = 671.1 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 120°

电离能 (kJ/ mol)
M - M+ 1086.2
M+ - M2+ 2352
M2+ - M3+ 4620
M3+ - M4+ 6222
M4+ - M5+ 37827
M5+ - M6+ 47270

富勒烯(Fullerenes,也被称为巴基球)

无定形碳(Amorphous,不是真的异形体,内部结构是石墨)

碳纳米管(Carbon nanotube)

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)

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)

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)

纤维碳(Filamentous carbon,小片堆成长链而形成的纤维)

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)

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)

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。

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。

同位素

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。

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。

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。

成键

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。

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。

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。

化合物

碳的化合物中,只有以下化合物属于无机物:

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。

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。

分布

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。

在大多数的天体及其大气层中都存在有碳。

发现

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。

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。

单质的精炼

金刚石

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。

石墨

用途

在工业上和医药上,碳和它的化合物用途极为广泛。

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。

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。

碳是钢的成分之一。

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。

理化特性

总体特性

元素名称:碳

元素符号:C

元素类型:非金属

元素原子量:12.01

质子数:6

中子数:7

原子序数:6

所属周期:2

所属族数:IVA

电子层分布:2-4

密度、硬度 密度为3.513 g/cm3(金刚石)、2.260 g/cm3(石墨)(20 ℃)、

0.5 (石墨)

10.0 (钻石)

颜色和外表 黑色(石墨)

无色(钻石)

地壳含量 无数据

原子属性

原子量 12.0107 原子量单位

原子半径(计算值) 70(67)pm

共价半径 77 pm

范德华半径 170 pm

电子构型 [氦]2s22p2

电子在每能级的排布 2,4

氧化价(氧化物) 4,3,2(弱酸性)

晶体结构 六方(石墨)

立方(钻石)

物理属性

物质状态 固态(反磁性)

熔点 熔点约为3 550 ℃(金刚石)

沸点 沸点约为4 827 ℃(升华)

摩尔体积 5.29×10-6m3/mol

汽化热 355.8 kJ/mol(升华)

熔化热 无数据(升华)

蒸气压 0 帕

声速 18350 m/s

其他性质

电负性 2.55(鲍林标度)

比热 710 J/(kg·K)

电导率 0.061×10-6/(米欧姆)

热导率 129 W/(m·K)

第一电离能 1086.5 kJ/mol

第二电离能 2352.6 kJ/mol

第三电离能 4620.5 kJ/mol

第四电离能 6222.7 kJ/mol

第五电离能 37831 kJ/mol

第六电离能 47277.0 kJ/mol

最稳定的同位素

同位素 丰度 半衰期 衰变模式 衰变能量

MeV 衰变产物

12C 98.9 % 稳定

13C 1.1 % 稳定

14C 微量 5730年 β衰变 0.156 14N

在没有特别注明的情况下使用的是

国际标准基准单位单位和标准气温和气压

碳,原子序数6,原子量12.011。元素名来源拉丁文,愿意是“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。

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。

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。原子体积:(立方厘米/摩尔)

4.58

元素在太阳中的含量:(ppm)
3000

元素在海水中的含量:(ppm)
太平洋表面 23

地壳中含量:(ppm)
480

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。

性状

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:

石墨
莫氏硬度:石墨1-2 金刚石 10
金刚石

氧化态:
Main C-4, C+2, C+4

Other

化学键能: (kJ /mol)
C-H 411
C-C 348
C=C 614
C≡C 839
C=N 615
C≡N 891
C=O 745
C≡O 1074

热导率: W/(m·K)
(graphite) 119-165
晶胞参数:
a = 246.4 pm
b = 246.4 pm
c = 671.1 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 120°

电离能 (kJ/ mol)
M - M+ 1086.2
M+ - M2+ 2352
M2+ - M3+ 4620
M3+ - M4+ 6222
M4+ - M5+ 37827
M5+ - M6+ 47270

富勒烯(Fullerenes,也被称为巴基球)

无定形碳(Amorphous,不是真的异形体,内部结构是石墨)

碳纳米管(Carbon nanotube)

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)

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)

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)

纤维碳(Filamentous carbon,小片堆成长链而形成的纤维)

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)

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)

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。

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。

同位素

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。

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。

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。

成键

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。

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。

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。

化合物

碳的化合物中,只有以下化合物属于无机物:

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。

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。

分布

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。

在大多数的天体及其大气层中都存在有碳。

发现

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。

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。

单质的精炼

金刚石

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。

石墨

用途

在工业上和医药上,碳和它的化合物用途极为广泛。

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。

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。

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%。

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。

理化特性

总体特性

元素名称:碳

元素符号:C

元素类型:非金属

元素原子量:12.01

质子数:6

中子数:7

原子序数:6

所属周期:2

所属族数:IVA

电子层分布:2-4

密度、硬度 密度为3.513 g/cm3(金刚石)、2.260 g/cm3(石墨)(20 ℃)、

0.5 (石墨)

10.0 (钻石)

颜色和外表 黑色(石墨)

无色(钻石)

地壳含量 无数据

原子属性

原子量 12.0107 原子量单位

原子半径(计算值) 70(67)pm

共价半径 77 pm

范德华半径 170 pm

电子构型 [氦]2s22p2

电子在每能级的排布 2,4

氧化价(氧化物) 4,3,2(弱酸性)

晶体结构 六方(石墨)

立方(钻石)

物理属性

物质状态 固态(反磁性)

熔点 熔点约为3 550 ℃(金刚石)

沸点 沸点约为4 827 ℃(升华)

摩尔体积 5.29×10-6m3/mol

汽化热 355.8 kJ/mol(升华)

熔化热 无数据(升华)

蒸气压 0 帕

声速 18350 m/s

其他性质

电负性 2.55(鲍林标度)

比热 710 J/(kg·K)

电导率 0.061×10-6/(米欧姆)

热导率 129 W/(m·K)

第一电离能 1086.5 kJ/mol

第二电离能 2352.6 kJ/mol

第三电离能 4620.5 kJ/mol

第四电离能 6222.7 kJ/mol

第五电离能 37831 kJ/mol

第六电离能 47277.0 kJ/mol

最稳定的同位素

同位素 丰度 半衰期 衰变模式 衰变能量

MeV 衰变产物

12C 98.9 % 稳定

13C 1.1 % 稳定

14C 微量 5730年 β衰变 0.156 14N

在没有特别注明的情况下使用的是

国际标准基准单位单位和标准气温和气压

碳,原子序数6,原子量12.011。元素名来源拉丁文,愿意是“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。
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。

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。
回答者:zhuhz - 经理 四级 2-6 09:39
1.碳怎样存在在下列物质中。墨汁、普通木头、金刚石、耐储存的木头(比如建造千年古刹的木材)、活性炭。
答:墨汁、活性炭、耐储存的木头、普通木头中的碳是木炭,是木材或木质原料经过不完全燃烧,或者在隔绝空气的条件下热解,所残留的深褐色或黑色多孔固体,是含碳高的化合物或混合物。金刚石是碳单质。
2.在化学反应中,碳喜欢和什么元素结合、和什么元素排斥,结合和排斥的优先顺序是什么。
答:结合 1 碳取正价,(由易到难):F CL O ... 2
碳取负价,(由易到难):(与活泼金属形成例如CaC2的物质) H Si ...
3.怎样制造纳米碳。(这问题对高考无用)
答:合成方法有很多种,例如:电弧放电法,激光蒸发法,气相沉积法等
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