碳是一种非金属元素,位于元素周期表的第二周期IVA族。拉丁语为Carbonium,意为“煤,木炭”。汉字“碳”字由木炭的“炭”字加石字旁构成,从“炭”字音。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。碳是生铁、熟铁和钢的成分之一。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。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。化学符号:C元素原子量:质子数:6原子序数:6周期:2族:IVA电子层分布:2-4原子体积:原子半径(计算值):70(67)pm共价半径:77pm范德华半径:170pm电子构型:1s22s22p2电子在每能级的排布:2,4氧化价(氧化物):4,3,2(弱酸性)颜色和外表:黑色(石墨),无色(金刚石)物质状态:固态物理属性:反磁性熔点:约为3550℃(金刚石)沸点:约为4827℃(升华)摩尔体积:×10-6m3/mol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元素在地壳中含量:(ppm)4800莫氏硬度:石墨1-2,金刚石10氧化态:主要为-4,,C+2,C+4(还有其他氧化态)化学键能:(kJ/mol)C-H411C-C348C=C614C≡C839C=N615C≡N891C=O745C≡O1074晶胞参数:a=α=90°β=90°γ=120°电离能:(kJ/mol)M-M+单质密度:(金刚石)、(石墨,20℃)电负性:(鲍林标度)比热:710J/(kg·K)电导率:×10-6/(米欧姆)热导率:129W/(m·K)第一电离能第二电离能第三电离能第四电离能第五电离能37831kJ/mol第六电离能成键: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。