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碳元素

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[[File:碳元素２.jpg|360px|缩略图|右|碳元素[http://n.sinaimg.cn/collect/transform/20160722/3aFR-fxuhuma7505930.jpg 原图链接][http://collection.sina.com.cn/hwdt/2016-07-22/doc-ifxuhukz0769 来自新浪网的图片]]]

''' 碳元素 ''' （拉丁语为Carbonium，英文carbon，源自carbo）是一种非金属 [[ 元素 ]] ，位于 [[ 元素周期表 ]] 的第二周期IVA族。意为“煤，木炭”。 [[ 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 ]] 和生物之中。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。生物体内绝大多数分子都含有碳元素<ref>[https://www.chemicalbook.com/NewsInfo_2565.htm 碳、炭和木炭]，ChemicalBook，2019-11-2</ref>。

这种物质发现得很早，常见的碳的自然形式有 [[ 金刚石 ]] 、 [[ 炭 ]] 和 [[ 石墨 ]] 。

碳的无数化合物是我们日常生活中不可缺少的物质，产品从 [[ 尼龙 ]] 和 [[ 汽油 ]] 、 [[ 香水 ]] 和 [[ 塑料 ]] ，一直到 [[ 鞋油 ]] 、 [[ 滴滴涕 ]] 和 [[ 炸药 ]] 等，范围广泛种类繁多。

中文名碳元素外文 ~~名carbon~~ 名 carbon 自然形式金刚石、炭和石墨用途尼龙、汽油、香水有无放射性无元素符号C 号 C

==发现简史==

碳在史前就已被发现， [[ 炭黑 ]] 和 [[ 煤 ]] 是 [[ 人类 ]] 最早使用碳的形式。 [[ 钻石 ]] 大约在公元前2500年被中国熟知，同时煤作为碳的形式在罗马时代被使用的化学方式和现代一样。

从人类在地球上出现以后，就和碳有了接触，由于闪电使木材燃烧后残留下来 [[ 木炭 ]] ，动物被烧死以后，便会剩下骨碳，人类在学会了怎样引火以后，碳就成为人类永久的“伙伴”了，所以碳在古代就已经是被人知道的元素。发现碳的精确日期是不可能查清楚的，从拉瓦锡(Lavoisier A L 1743年-1794年法国)1789年编制的《 [[ 元素表 ]] 》中可以看出，碳首先是作为元素出现的。碳在古代的燃素理论的发展过程中起了重要的作用，根据这种理论，碳在那时不是以一种元素的形式出现的而是一种纯粹的燃素，由于研究煤和其它化学物质的燃烧， [[ 拉瓦锡 ]] 首先指出碳是一种元素。

碳在自然界中存在有多种同素异形体──金刚石、石墨、石墨烯， [[ 碳纳米管 ~~，C60~~ ]]，[[C60]] ，六方晶系陨石钻石（ [[ 蓝丝黛尔石 ]] ）。金刚石和石墨早已被人们所知，拉瓦锡做了燃烧金刚石和石墨的实验后，确定这两种物质燃烧都产生了CO2，因而得出结论，即金刚石和石墨中含有相同的“基础”，称为碳。正是拉瓦锡首先把碳列入元素周期表中。C60是1985年由 [[ 美国 ]][[ 休斯顿赖斯大学 ]] 的 [[ 化学家 ]][[ 哈里可劳特 ]] 等人发现的，它是由60个碳原子组成的一种球状的稳定的碳分子，是金刚石和石墨之后的碳的第三种同素异形体。

==单质简介==

碳在地壳中的质量分数为0.027%，在自然界中分布很广。以化合物形式存在的碳有煤、石油、天然气、动植物体、 [[ 石灰石 ]] 、 [[ 白云石 ]] 、 [[ 二氧化碳 ]] 等。

截止1998年底，在全球最大的化学文摘——美国化学文摘上登记的化合物总数为18.8百万种<ref>[http://www.hxzxs.cn/plus/view.php?aid=2690 化合物总数知多少]，化学自习室</ref>，其中绝大多数是碳的化合物。

众所周知，生命的基本单元 [[ 氨基酸 ]] 、 [[ 核苷酸 ]] 是以碳元素做骨架变化而来的。先是一节碳链一节碳链地接长，演变成为蛋白质和核酸；然后演化出原始的单细胞，又演化出虫、 [[ 鱼 ]] 、 [[ 鸟 ]] 、兽、 [[ 猴子 ]] 、 [[ 猩猩 ]] 、直至 [[ 人类 ]] 。这三四十亿年的生命交响乐，它的主旋律是碳的化学演变。可以说，没有碳，就没有生命。碳，是生命世界的栋梁之材。

纯净的、单质状态的碳有三种，它们是金刚石、石墨、C60。它们是碳的三种同素异形体。

历史上更容易得到的是煤灰或木炭。最难确认的是钻石。

来自佛罗伦萨（ [[ 意大利 ]] ）的博物学者Giuseppe Averani和医学工作者Cipriano Targioni首先发现了 [[ 钻石 ]] 是可以被加热摧毁的。在1694年他们使用一个大型放大镜聚集 [[ 阳光 ]] 到钻石上， [[ 宝石 ]] 最终消失了。Pierre-Joseph Macquer和Godefroy de Villetaneuse在1771年重复了这个实验。之后，在1796年，英国化学家Smithson Tennant展示其燃烧后生成的仅仅是CO2而最终证明了钻石只是碳的一种形式。

金刚石是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。金刚石的熔沸点高，熔点超过3500℃，相当于某些恒星表面温度。在金刚石分子中，每一个碳原子都被另外四个碳原子包围着，这些碳原子以很强的结合力连接在一起，形成了一个巨大的分子，因此金刚石很坚硬。金刚石是绝缘体。用途是作装饰品，钻头材料等<ref>[http://html.study.teacheredu.cn/el/proj_1645/article/37001/7625539.htm?ms=1477800509390 炭与碳的区别]，湛江市2016-2017年中学教师职务培训，2016-10-30</ref>。

[[File:石墨.jpg|260px|缩略图|右|石墨[https://www.fenjiji.net/uploadfile/c1fe9e64-edb9-44ce-bb9e-561bfe4c041c.jpg 原图链接][https://www.fenjiji.net/xw/n413.html 来自红星机器网的图片]]]

[[ 石墨 ]] 乌黑柔软，是世界上最软的矿石，是一种深灰色有金属光泽而不透明的细鳞片状固体。石墨属于混合型晶体，既有 [[ 原子晶体 ]] 的性质又有 [[ 分子晶体 ]] 的性质。质软，有滑腻感，具有优良的导电性能。熔沸点高。石墨分子中每一个碳原子只与其他三个碳原子以较强的力结合，形成了一种层状的结构，而层与层之间的结合力较小，所以石墨被大量用来制作 [[ 电极 ]] 、 [[ 高温热电偶 ]] 、 [[ 坩埚 ]] 、 [[ 电刷 ]] 、 [[ 润滑剂 ]] 和 [[ 铅笔芯 ]] 。

==性质不同==

~~2015-02-28~~金刚石和石墨都是碳，为什么性质截然不同呢？这是因为它们的晶体结构不同。在金刚石中，碳原子排列非常规则，在每一个碳原子周围有四个等距离的碳原子，构成一个正四面体 ~~（图14）~~ ，所以金刚石比重大，坚硬。而石墨的晶体结构则是层状 ~~（图15）~~ ，层与层之间距离较大，容易滑动，所以石墨比重比金刚石小，而且软、滑。金刚石与石墨，叫“同素异形体”。既有同一元素构成的两种性质不同的物体<ref>[http://www.xuzhi.net/d24/16708.html 石墨和金刚石都是碳构成的，为什么会有天壤之别呢？]，须知网，

2015-02-28</ref>。

==自然界中的循环==

在地面条件下，一种元素从一处到另一处是很罕见的。因此， [[ 地球 ]] 上的碳含量是一个有效常数。碳在自然界中的流动构成了碳循环。例如，植物从环境中吸收二氧化碳用来储存生物质能，如碳呼吸和 [[ 卡尔文循环 ]] （一种碳固定的过程）。一些生物质能通过捕食而转移，而一些碳以二氧化碳的形式被动物呼出。碳循环的结构要比右图的模式图复杂得多。例如，一些 [[ 二氧化碳 ]] 会溶解在海洋中，死去的植物或动物的遗骸可能会形成煤、石油和天然气，这些可以通过燃烧释放碳<ref>[http://www.phdhouse.com/yuansuzhouqibiaoxiliedi6haoyuansutanyuansu/ 元素周期表系列：第6号元素——碳元素]，博士科普网</ref>，而细菌不能利用得到。

==视频==

===<center> 碳元素相关视频</center>===

<center>{{#iDisplay:l1400takpaj|560|390|qq}}</center>

<center> 碳元素的单质 </center>

<center>{{#iDisplay:n0861xq50ys|560|390|qq}}</center>

<center>金刚石石墨 C60 碳元素结构</center>

<center>{{#iDisplay:c0551wbqjjy|560|390|qq}}</center>

<center> 金刚石的奥妙 </center>

<center>{{#iDisplay:l0552s6n6zw|560|390|qq}}</center>

==参考文献==

风雨同舟

247,569

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