关于碳介绍

[拼音]：tan

[外文]：carbon

一种化学元素，化学符号 C，原子序数 6，原子量12.011，属周期系 ⅣA族。碳能形成种类极多的化合物，其中种类最多的是碳和氢组成的烃，构成有机化合物的一大类；碳还能形成一系列无机化合物，其数量远比有机化合物少。英文名来自拉丁文carbo，原意是“炭”。

碳是自然界中分布很广的元素之一，在地壳中的含量约为 0.027％。金刚石和石墨是晶态单质碳在自然界中存在的两种同素异形体。煤是天然存在的无定形碳，其中还含有复杂的由碳、氢、氮等组成的化合物。大气中约含0.03％(体积)的二氧化碳。很多岩石矿物都含有碳酸盐形式的碳，如石灰石、方解石、大理石(CaCO3)，白云石(CaCO3·MgCO3)，菱铁矿(FeCO3)，菱锰矿(MnCO3)，毒重石(BaCO3)和孔雀石〔CuCO3·Cu(OH)2〕等。所有的动植物机体均由各种复杂的有机化合物构成，都含有与氢、氧、氮等元素化合的碳。石油、沥青和天然气都是碳氢化合物。碳有12种同位素。

单质碳的物理性质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，各有固定的密度、熔点(或升华点)等。碳原子的电子构型为1s22s22p2，氧化态＋2、 +4、-4。单质碳的化学性质较稳定，其中金刚石和石墨的化学稳定性高于无定形碳。单质碳不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂。在不同的高温下碳与氧直接反应，生成二氧化碳CO2或一氧化碳CO。在卤素中只有氟能与单质碳直接反应。在常温下，单质碳对化学试剂较稳定；在加热下，单质碳，尤其是无定形碳较易被浓的硝酸、硫酸等氧化成二氧化碳、苯六羧酸或石墨酸等；在高温下，碳还能与许多金属反应，生成金属碳化物。

（1）碳的氧化物 碳与氧可生成三种主要的氧化物:一氧化碳CO、二氧化碳CO2和二氧化三碳C3O2，其中一氧化碳、二氧化碳较重要。二氧化三碳是一种难闻的无色气体，熔点－111.3℃，沸点7℃。在室温和室温以上时，会发生聚合作用，生成聚合物，但在－78℃可较长时间存放而不发生变化。二氧化三碳与氧气反应，生成二氧化碳；与水反应，定量地产生丙二酸；与氨反应，生成丙二酰胺 CH2(CONH2)2；与氯化氢和溴化氢反应，分别生成CH2(COCl)2和CH2(COBr)2。在光照下， 二氧化三碳会发生光解作用，产生CO和C2O，C2O可进一步分解成CO和碳。在真空下和140～150℃时，用磷酸酐使丙二酸脱水可制得C3O2。

（2）碳的卤化物 碳和卤素可形成通式为CX4（X代表卤素）的卤化物。在室温下，四氟化碳CF4是气体，四氯化碳CCl4是液体，四溴化碳CBr4和四碘化碳CI4都是固体。它们都是四面体结构的共价化合物(见共价键)，其中最重要的是四氯化碳，其次是四氟化碳。四溴化碳是无色单斜晶体，熔点90.1℃，沸点189.5℃，可溶于乙醇、乙醚和氯仿。四碘化碳是暗红色立方晶体，171℃分解，可溶于甲醇、乙醇、乙醚和苯。这两种四卤化物热稳定性较差，在加热时都容易分解，可由四氯化碳与溴化铝或碘化铝反应来制备。此外，还有碳的各种混合卤化物，最重要的是二氟二氯甲烷F2CCl2，常称氟利昂－12（见氟利昂）。

（3）金属碳化物 碳可与许多金属形成碳化物，其中最常见的是碳化钙CaC2，它的最大用途是制备乙炔。此外，钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨等金属的碳化物具有高硬度、高熔点和高化学稳定性等特性，是工业上制造切削工具和特殊结构材料的原料。

（4）碳酸盐 二氧化碳在水中能产生碳酸H2CO3，它能与许多金属形成碳酸盐（如碳酸钠、碳酸钙等）和酸式碳酸盐（如碳酸氢钠、碳酸氢钙等）。此外，某些金属还可形成碱式碳酸盐〔如碱式碳酸镁Mg2(OH)2CO3、碱式碳酸铜Cu2(OH)2CO3等〕。

此外，一氧化碳还可与许多非金属和金属化合，形成非金属羰基化合物和羰基金属。碳还可与硫生成二硫化碳CS2，与氮生成氰(CN)2，与氮、氢生成氰化氢、氢氰酸及其盐类，与氮、氢和氧（或硫）生成氰酸及其盐类或硫氰酸及其盐类等。

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