碳
碳元素简介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[1]元素。
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比较稳定，不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂；不同高温下与氧反应，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
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）
物质状态：固态
物理属性：反磁性
熔点：约为3550 ℃（金刚石）
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。
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。
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。
1.金刚石（diamond）
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，层与层只见键合比较脆弱，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）
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，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%。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在有碳。
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。