二十六碳

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更新時間: 2013-09-03

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1 二十六碳 -簡介

碳是一種非金屬元素,位於元素周期表的第二周期IVA族。拉丁語為Carbonium,意為「煤,木炭」。漢字「碳」字由木炭的「炭」字加石字旁構成,從「炭」字音。
  碳是一種很常見的元素,它以多種形式廣泛存在於大氣和地殼之中。碳單質很早就被人認識和利用,碳的一系列化合物——有機物更是生命的根本。碳是生鐵、熟鐵和鋼的成分之一。 碳能在化學上自我結合而形成大量化合物,在生物上和商業上是重要的分子。生物體內大多數分子都含有碳元素。
  碳化合物一般從化石燃料中獲得,然後再分離並進一步合成出各種生產生活所需的產品,如乙烯、塑料等。
  碳的存在形式是多種多樣的,有晶態單質碳如金剛石、石墨;有無定形碳如煤;有複雜的有機化合物如動植物等;碳酸鹽如大理石等。 單質碳的物理和化學性質取決於它的晶體結構。高硬度的金剛石和柔軟滑膩的石墨晶體結構不同,各有各的外觀、密度、熔點等。
  常溫下單質碳的化學性質比較穩定,不溶於水、稀酸、稀鹼和有機溶劑;不同高溫下與氧反應,生成二氧化碳或一氧化碳;在鹵素中只有氟能與單質碳直接反應;在加熱下,單質碳較易被酸氧化;在高溫下,碳還能與許多金屬反應,生成金屬碳化物。
  化學符號:C
  元素原子量:12.01
  質子數:6
  原子序數:6
  周期:2
  族:IVA
  電子層分佈:2-4
  原子體積: 4.58 cm3/mol
  原子半徑(計算值):70(67)pm
  共價半徑:77 pm
  范德華半徑: 170 pm
  電子構型 :1s22s22p2
  電子在每能級的排布: 2,4
  氧化價(氧化物): 4,3,2(弱酸性)
  顏色和外表:黑色(石墨), 無色(金剛石)
  物質狀態 :固態
  物理屬性: 反磁性
  熔點:約為3550 ℃(金剛石)
  沸點:約為4827 ℃(升華)
  摩爾體積 :5.29×10-6m3/mol
  元素在太陽中的含量:(ppm) 3000
  元素在海水中的含量:(ppm) 太平洋表面 23
  元素在地殼中含量:(ppm)4800
  莫氏硬度:石墨1-2 ,金剛石 10
  氧化態: 主要為-4,,C+2, C+4 (還有其他氧化態)
  化學鍵能: (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
  晶胞參數: a = 246.4 pm b = 246.4 pm c = 671.1 pm α = 90° β = 90° γ = 120°
  電離能:(kJ/ mol) M - M+ 1086.2 M+ - M2+ 2352 M2+ - M3+ 4620 M3+ - M4+ 6222 M4+ - M5+ 37827 M5+ - M6+ 47270
  單質密度:3.513 g/cm3(金剛石)、2.260 g/cm3(石墨,20 ℃)
  電負性:2.55(鮑林標度)
  比熱:710 J/(kg·K)
  電導率:0.061×10-6/(米歐姆)
  熱導率:129 W/(m·K) 第一電離能 1086.5 kJ/mol 第二電離能 2352.6 kJ/mol 第三電離能 4620.5 kJ/mol 第四電離能 6222.7 kJ/mol 第五電離能 37831 kJ/mol 第六電離能 47277.0 kJ/mol
  成鍵:碳原子一般是四價的,這就需要4個單電子,但是其基態只有2個單電子,所以成鍵時總是要進行雜化。最常見的雜化方式是sp3雜化,4個價電子被充分利用,平均分佈在4個軌道里,屬於等性雜化。這種結構完全對稱,成鍵以後是穩定的σ鍵,而且沒有孤電子對的排斥,非常穩定。金剛石中所有碳原子都是這種以此種雜化方式成鍵。烷烴的碳原子也屬於此類。
  根據需要,碳原子也可以進行sp2或sp雜化。這兩種方式出現在成重鍵的情況下,未經雜化的p軌道垂直於雜化軌道,與鄰原子的p軌道成π鍵。烯烴中與雙鍵相連的碳原子為sp 2雜化。 由於sp2雜化可以使原子共面,當出現多個雙鍵時,垂直於分子平面的所有p軌道就有可能互相重疊形成共軛體系。苯是最典型的共軛體系,它已經失去了雙鍵的一些性質。石墨中所有的碳原子都處於一個大的共軛體系中,每一個片層有一個。
[編輯本段]碳的同位素
  目前已知的同位素共有十二種,有碳8至碳19,其中碳12和碳13屬穩定型,其餘的均帶放射性,當中碳14的半衰期長達五千多年,其他的均全不足半小時。 在地球的自然界里,碳12在所有碳的含量佔98.93%,碳13則有1.07%。C的原子量取碳12、13兩種同位素丰度加權的平均值,一般計算時取12.01。 碳12是國際單位制中定義摩爾的尺度,以12克碳12中含有的原子數為1摩爾。碳14由於具有較長的半衰期,被廣泛用來測定古物的年代。
[編輯本段]單質碳的形式
  最常見的兩種單質是高硬度的金剛石和柔軟滑膩的石墨,它們晶體結構和鍵型都不同。金剛石每個碳都是四面體4配位,類似脂肪族化合物;石墨每個碳都是三角形3配位,可以看作無限個苯環稠合起來。
  1. 金剛石(diamond)
  最為堅固的一種碳結構,其中的碳原子以晶體結構的形式排列,每一個碳原子與另外四個碳原子緊密鍵合,成空間網狀結構,最終形成了一種硬度大、活性差的固體。
  金剛石的熔點超過3500℃,相當於某些恆星表面溫度。
  主要作用:裝飾品、切割金屬材料等
  2.石墨(graphite)
  石墨是一種深灰色有金屬光澤而不透明的細鱗片狀固體。質軟,有滑膩感,具有優良的導電性能。石墨中碳原子以平面層狀結構鍵合在一起,層與層只見鍵合比較脆弱,因此層與層之間容易被滑動而分開。
  主要作用:製作鉛筆,電極,電車纜線等
  3.富勒烯(fullerene)
  1985年由美國德克薩斯州羅斯大學的科學家發現。
  富勒烯中的碳原子是以球狀穹頂的結構鍵合在一起。
  4.其他碳結構
  無定形碳(Amorphous,不是真的異形體,內部結構是石墨)
  碳納米管(Carbon nanotube)
  六方金剛石(Lonsdaleite,與金剛石有相同的鍵型,但原子以六邊形排列,也被稱為六角金剛石)
  趙石墨(Chaoite,石墨與隕石碰撞時產生,具有六邊形圖案的原子排列)
  汞黝礦結構(Schwarzite,由於有七邊形的出現,六邊形層被扭曲到「負曲率」鞍形中的假想結構)
  纖維碳(Filamentous carbon,小片堆成長鏈而形成的纖維)
  碳氣凝膠(Carbon aerogels,密度極小的多孔結構,類似於熟知的硅氣凝膠)
  碳納米泡沫(Carbon nanofoam,蛛網狀,有分形結構,密度是碳氣凝膠的百分之一,有鐵磁性)
[編輯本段]碳元素的化合物
  碳的化合物中,只有以下化合物屬於無機物:
  碳的氧化物、硫化物:一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、二硫化碳(CS2)、碳酸鹽、碳酸氫鹽、氰一系列擬鹵素及其擬鹵化物、擬鹵酸鹽:氰(CN)2、氧氰,硫氰。
  其它含碳化合物都是有機化合物。由於碳原子形成的鍵都比較穩定,有機化合物中碳的個數、排列以及取代基的種類、位置都具有高度的隨意性,因此造成了有機物數量極其繁多這一現象,目前人類發現的化合物中有機物占絕大多數。
  有機物的性質與無機物大不相同,它們一般可燃、不易溶於水,反應機理複雜,現已形成一門獨立的分科——有機化學。 分佈 碳存在於自然界中(如以金剛石和石墨形式),是煤、石油、瀝青、石灰石和其它碳酸鹽以及一切有機化合物的最主要的成分,在地殼中的含量約0.027%。碳是占生物體乾重比例最多的一種元素。碳還以二氧化碳的形式在地球上循環於大氣層與平流層。 在大多數的天體及其大氣層中都存在有碳。
[編輯本段]碳的發現史
  金剛石和石墨史前人類就已經知道。
  富勒烯則於1985年被發現,此後又發現了一系列排列方式不同的碳單質。
  同位素碳14由美國科學家馬丁·卡門和塞繆爾·魯賓於1940年發現。

2 二十六碳 -相關連接

http://baike.baidu.com/view/23998.htm

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