您当前的位置:中国百科网 -> 百科知识 -> 铁合金词典 -> 文章内容:


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。

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

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(Carbonnanotube)

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(Filamentouscarbon,小片堆成长链而形成的纤维)

碳气凝胶(Carbonaerogels,密度极小的多孔结构,类似于熟知的硅气凝胶)

碳纳米泡沫(Carbonnanofoam,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sp2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

[1] [2]  下一页


上一篇:      下一篇:
  Google提供信息
贡献者:中国铁合金在线  来源:中国铁合金在线  
百度搜索:碳 GOOGLE搜索:碳 sogou搜索:碳
雅虎搜索:碳 SOSO搜索:碳 有道搜索::碳

 
Mail:[email protected] Copyright by www.chinabaike.com;All rights reserved.