碳

元素符号C，原子序数6，原子量12.01，外围电子层排布2s22p2，位于第二周期第ⅣA族，主要氧化数有+4、+2、-4、(-2)，共价半径为77皮米，离子半径(C4+)16皮米，第一电离能1086.1千焦/摩尔，电负性2.5。有碳-12和碳-14两种稳定的同位素，碳-14具有放射性。碳原子的价电子数目与价电子轨道数相等，是等电子原子，可以用sp、sp2、和sp3杂化轨道形成4个σ键、碳原子半径小，还能形成p—pπ键，所以碳能形成多重键(双键或叁键)，碳原子自相结合成键的能力很强，所以碳的化合物特别多。在自然界分布很广，石墨、煤、石油、天然气、石灰石、动植物体中都含碳元素。地壳中碳占总质量的0.032%。碳有三种同素异形体：金刚石、石墨和无定形碳(如木炭、焦炭、炭焦等，由石墨微晶体构成)。碳的物理性质和化学活动性跟其晶体结构有密切关系。金刚石为典型原子晶体，不导电，硬度最大，密度3.51克/厘米3，熔点3550℃，沸点4827℃；石墨质软，灰黑色，密度2.25克/厘米3，熔点 3652℃，有良好传热和导电性。碳化学性质稳定，常温下不跟空气中的氧气反应，不溶于水，稀碱和有机溶剂中。在高温时，碳燃烧生成一氧化碳或二氧化碳。卤素中只有氟跟碳反应。跟硫在高温下生成二硫化碳。红热的碳跟水蒸气反应生成水煤气(CO和H2)。高温时可跟许多金属反应生成金属碳化物。高温时有强还原性，可将一些金属或非金属从氧化中还原出来。可被热浓硫酸或热浓硝酸氧化成二氧化碳。碳有广泛的用途，是钢铁和某些其他合金的重要组成部分，是冶金工业、化学工业的重要原料。碳在古代就被发现。裂解天然气(主要成分是甲烷)可得到纯净的碳。

金刚石

是碳的一种同素异形体，典型的原子晶体。碳原子形成4个sp3杂化轨道，以共价键彼此相连，每个碳原子都处于与它相联的四个碳原子所组成的正四面体的中心，组成了晶体，整个晶体可以看成是一巨型分子。晶体属等轴晶系，常为八面体晶形。纯品无色透明、有强烈光泽，因含杂质呈蓝色、天蓝色、淡黄色、红色或黑色。密度3.15～3.53克/厘米3，熔点3550℃，沸点4827℃，硬度10，是最硬的物质。不导电。在紫外线下显淡青蓝色荧光。与各种化学试剂不起反应，777℃时能在氧气中燃烧生成二氧化碳。用作高级的研磨、钻孔、切割、拉丝工具。透明的经过琢磨称为钻石，是一种华贵的装饰品。自然界有少量金刚石矿。用人工方法可制造金刚石，如石墨在高温高压和催化剂作用下可转化成金刚石。

石墨

是碳的一种同素异形体，是原子晶体、金属晶体和分子晶体之间的一种过渡型晶体。在晶体中同层碳原子间以sp2杂化形成共价键，每个碳原子与另外三个碳原子相联，六个碳原子在同一平面上形成正六边形的环，伸展形成片层结构。在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道，它们互相重叠，形成离域的π键电子在晶格中能自由移动，可以被激发，所以石墨有金属光泽，能导电、传热。由于层与层间距离大，结合力(范德华力)小，各层可以滑动，所以石墨的密度比金刚石小，质软并有滑腻感。灰黑，不透明固体，密度2.25克/厘米3，熔点3652℃，沸点4827℃，硬度1。化学性质稳定，耐腐蚀，同酸、碱等药剂不易发生反应。687℃在氧气中燃烧生成二氧化碳。可被强氧化剂如浓硝酸、高锰酸钾等氧化。可用作抗磨剂、润滑剂，高纯度石墨用作原子反应堆中的中子减速剂，还可用于制造坩埚、电极、电刷、干电池、石墨纤维、换热器、冷却器、电弧炉、弧光灯、铅笔的笔芯等。

活性炭

是一种黑色粉状，粒状或丸状的无定形具有多孔的碳，也具有石墨那样的精细结构，只是晶粒较小，层层间不规则堆积。具有较大的表面积(500～1000米2/克)，有很强的吸附性能，能在它的表面上吸附气体、液体或胶态固体；对于气体、液体，吸附物质的质量可接近于活性炭本身的质量。其吸附作用具有选择性，非极性物质比极性物质更易于吸附。在同一系列物质中，沸点越高的物质越容易被吸附，压强越大温度越低浓度越大，吸附量越大。反之，减压，升温有利于气体的解吸。常用于气体的吸附、分离和提纯，溶剂的回收，糖液、油脂、甘油、药物的脱色剂，饮用水及冰箱的除臭剂，防毒面具中的滤毒剂，还可用作催化剂或金属盐催化剂的载体。可用木材、泥炭、坚果壳等为原料，经干馏、活化处理后得到活性碳。

焦炭

干馏煤或石油沥青后得到的固体产物。呈银白色或灰黑色光泽。坚硬多孔，热值为25000～31400千焦/千克。根据原料、干馏温度和用途的不同，可分为高温焦、中温焦、低温焦、冶金焦、煤气焦、石油焦等。焦炭燃烧时无烟、有较强的抗压强度，是一种非常好的还原剂。用于生铁和其它金属的冶炼，还用于制造电石、半水煤气。是一种重要的化工原料。

炭黑

黑色质轻且细的无定形碳粉末。密度1.8～2.1克/厘米3。不溶于各种溶剂。根据不同原料得到的炭黑分别称为乙炔黑、灯黑、混气炭黑、气黑等。按产品性能可分为：高耐磨炭黑、导电炭黑、补强炭黑等。主要用作橡胶的补强剂，也用于黑色颜料、油漆、油墨的制造。将天然气、重油、焦油产品高温裂解或进行不完全燃烧制得。

二氧化碳

化学式CO₂，式量44.01。俗名碳酸气，也称碳酸酐或碳酐。为无色略有酸味的气体。密度为1.977克/升，熔点-56.6℃(226.89千帕——5.2大气压)，沸点-78.5℃(升华)。临界温度31.1℃。常温下7092.75千帕(70大气压)液化成无色液体。液体二氧化碳密度1.1克/厘米3。液体二氧化碳蒸发时或在加压冷却时可凝成固体二氧化碳，俗称干冰，是一种低温致冷剂，密度为1.56克/厘米3。二氧化碳能溶于水，20℃时每100体积水可溶88体积二氧化碳，一部分跟水反应生成碳酸。化学性质稳定，没有可燃性，一般不支持燃烧，但活泼金属可在二氧化碳中燃烧，如点燃的镁条可在二氧化碳中燃烧生成氧化镁和碳。二氧化碳是酸性氧化物，可跟碱或碱性氧化物反应生成碳酸盐。跟氨水反应生成碳酸氢铵。无毒、但空气中二氧化碳含量过高时，也会使人因缺氧而发生窒息。绿色植物能将二氧化碳跟水在光合作用下合成有机物。二氧化碳可用于制造碳酸氢铵、小苏打、纯碱、尿素、铅白颜料、饮料、灭火器以及铸钢件的淬火。二氧化碳在大气中约占总体积的0.03%，人呼出的气体中二氧化碳约占4%。实验室中常用盐酸跟大理石反应制取二氧化碳，工业上用煅烧石灰石或酿酒的发酵气中来获得二氧化碳。

一氧化碳

化学式CO，式量28.01。一氧化碳分子有十个价电子，是等电子体，分子中有三重键，一个σ键、两个π键，其中一个π键为配位键，这对电子来自氧原子。一氧化碳是无色无臭气体，密度1.25克/升，熔点-199℃，沸点-191.5℃，微溶于水。在空气中燃烧时呈蓝色火焰并生成二氧化碳，若跟空气或氧气混和点燃时容易发生爆炸。有还原性，在高温下、是一种很好的还原剂，能还原许多金属氧化物(如氧化铁、氧化铜、二氧化锰等)。加热时跟碱反应生成甲酸盐。

NaOH+CO=HCOONa

跟硫、氯反应分别生成硫氧化碳COS或光气COCl₂。能跟过渡金属形成羰基络合物Fe(CO)5、Ni(CO)4、和Cr(CO)6等。工业上常用亚铜盐的氨水溶液来吸收混和气体中的一氧化碳CO有毒，人吸入少量会感到头痛，吸入多量会因缺氧致死，这是因为一氧化碳跟血红蛋白形成稳定的络合物，(一氧化碳跟血红蛋白的亲和力是氧跟血红蛋白亲和力的230～270倍)使血红蛋白丧失了输氧能力，即煤气中毒。空气中只要有八百分之一体积的一氧化碳，就可使人在半小时内死亡。一氧化碳用作气体燃料，冶金工业中用作还原剂，化学工业中用做有机合成的原料。实验室中用甲酸或草酸跟浓硫酸反应制取，工业上将用有限空气通过灼热的碳或将水蒸气通过灼热的碳来制取。

二硫化碳