第2个回答 推荐于2017-10-14
科技名词定义
中文名称：碳 英文名称：carbon 定义：符号C，元素周期表中第12种元素，原子量12，它与其他元素结合形成有机化合物的大家族。碳元素在大气中主要以有机物未完全燃烧而形成的炭黑(soot)形式出现。
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。
基本资料
部首：石 部外笔画：9 总笔画：14 中文读音：tàn 英文名称：Carbon 五笔86：DMDO 五笔98：DMDO 仓颉：MRUKF 四角号码：12689 字义：一种非金属元素，无味的固体。无定形碳有焦炭，木炭等，晶体碳有金刚石和石墨。冶铁和炼钢都需要焦炭。在工业上和医药上，碳和它的化合物用途极为广泛。
编辑本段碳元素简介
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不活泼，不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂；不同高温下与氧发生的反应不同，可以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。碳具有还原性，在高温下可以冶炼金属。 化学符号：C 元素原子量：12.01 用途
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: 4.58立方厘米/摩尔 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 ：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） 木炭，活性炭，炭黑 物质状态 ：固态 物理属性： 反磁性 熔点：约为3727 ℃（金刚石3550 ℃） 沸点：约为4827 ℃（升华） 摩尔体积 ：5.29×10-6m3/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-H 411 C-C 348 C=C 614 C≡C 839 C=N 615 C≡N 891 C=O 745 C≡O 1074 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 单质密度：3.513 g/cm3(金刚石)、2.260 g/cm3(石墨，20 ℃) 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 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。
编辑本段碳的同位素
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。
编辑本段单质碳的形式
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。
1. 金刚石（diamond）
金刚石结构图
最为坚固的一种碳结构，其中的碳原子以晶体结构的形式排列，每一个碳原子与另外四个碳原子紧密键合，成空间网状结构，最终形成了一种硬度大、活性差的固体。 金刚石的熔点超过3500℃，相当于某些恒星表面温度。 主要作用：装饰品、切割金属材料等
2.石墨（graphite）
石墨是一种深灰色有金属光泽而不透明的细鳞片状固体。质软，有滑腻感，具有优良的导电性能。石墨中碳原子以平面层状结构键合在一起，层与层之间键合比较脆弱，因此层与层之间容易被滑动而分开。 主要作用：制作铅笔，电极，电车缆线等
3.富勒烯（fullerene,C60、C72等）
C60
1985年由美国德克萨斯州罗斯大学的科学家发现。 富勒烯中的碳原子是以球状穹顶的结构键合在一起。
4.其他碳结构
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）
石墨烯（graphene，即单层石墨） 碳纳米管（Carbon nanotube， 具有典型的层状中空结构特征） 单斜超硬碳 （M-carbon，低温后石墨高压相，具有单斜结构，其硬度接近金刚石） 无定形碳（Amorphous，不是真的异形体,内部结构是石墨） 赵石墨（Chaoite，也即蜡石，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）
碳元素的化合物
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%(不同分析方式，计算含量有差异)，地壳中含量最高的元素依次为：O46.6%,Si27.7%,Al8.1%。 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碳燃烧现象 燃烧热值 燃烧热方程式
1.碳在氧气中燃烧
剧烈放热，发出刺眼白光，产生无色无味能使氢氧化钙溶液（澄清石灰水）变浑浊的气体
2.碳在空气中燃烧
放热，发出红光，产生无色无味能使氢氧化钙溶液（澄清石灰水）变浑浊的气体；当燃烧不充分，即氧气量不足时，产生一氧化碳
3.燃烧热方程式
C(s)+O2(g)=CO2(g) △H=－393.5kJ/mol
4.燃烧热值
393.5kJ/mol
碳的发现史
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。 六角金刚石由美国科学家加利福德·荣迪尔和尤苏拉·马温于1967年发现。 单斜超硬碳由美国科学家邦迪和卡斯伯于1967年实验发现，其晶体结构由吉林大学李全博士和导师马琰铭教授于2009年理论确定。 2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K. Geim)等制备出了石墨烯。海姆和他的同事偶然中发现了一种简单易行的新途径。他们强行将石墨分离成较小的碎片，从碎片中剥离出较薄的石墨薄片，然后用一种特殊的塑料胶带粘住薄片的两侧，撕开胶带，薄片也随之一分为二。不断重复这一过程，就可以得到越来越薄的石墨薄片，而其中部分样品仅由一层碳原子构成——他们制得了石墨烯。本回答被提问者采纳