碳 (C)
Carbon
原子序数: 6 | 原子量: 12.011 u
C
6
原子量
12.011 u
族
14
周期
2
元素类别
非金属
电子排布
1s²2s²2p²
CAS编号
7440-44-0
物理性质
密度
金刚石: 3.51 g/cm³; 石墨: 2.26 g/cm³
熔点
金刚石: 3550 °C; 石墨: 3652 °C
沸点
4827 °C
熔化热
金刚石: 117 kJ/mol; 石墨: 117 kJ/mol
汽化热
355.8 kJ/mol
电负性
2.55
基本信息
碳是化学元素周期表中的第 6 个元素，化学符号为 C。它是自然界中分布广泛的元素之一，是构成生命的基础元素，在地球上以多种同素异形体存在，如金刚石、石墨和富勒烯等。
化学性质
- 碳在常温下化学性质稳定，但在高温下能与许多物质发生反应。
- 完全燃烧时生成二氧化碳：C + O₂ → CO₂；不完全燃烧时生成一氧化碳：2C + O₂ → 2CO。
- 能与某些金属反应生成碳化物，如与钙反应生成碳化钙：Ca + 2C → CaC₂。
- 可作为还原剂，用于冶炼金属，如用碳还原氧化铜：C + 2CuO → 2Cu + CO₂↑。
主要用途
珠宝与装饰
金刚石因其高硬度和璀璨光泽，广泛用于制作珠宝首饰。
工业材料
石墨具有良好的导电性和润滑性，用于制作电极、铅笔芯和润滑剂等。
能源领域
煤炭是重要的能源，主要成分是碳，用于发电和工业生产。
化学工业
碳是许多有机化合物的基础，用于生产塑料、橡胶、纤维等化工产品。
历史与发现
碳在古代就被人类认识和使用，如用木炭取暖、冶炼金属等。但直到18世纪，拉瓦锡才明确将碳认定为一种元素。后来，人们又陆续发现了碳的多种同素异形体。
同位素
| 同位素 | 自然丰度 | 半衰期 | 描述 |
|---|---|---|---|
| 碳 - 12 (¹²C) | ~98.93% | 稳定 | 作为原子量的标准 |
| 碳 - 13 (¹³C) | ~1.07% | 稳定 | 用于核磁共振成像等研究 |
| 碳 - 14 (¹⁴C) | 痕量 | 5730年 | 放射性同位素，用于考古断代 |