化学 - 碳

简介

• 碳是一种非金属四价元素。

• 四价意味着 - 碳提供四个电子形成共价化学键。

• 碳有三种自然存在的同位素 - 即¹²C、¹³C和¹⁴C。

• 其中，¹²C和¹³C是稳定的，但¹⁴C是放射性同位素。¹⁴C的半衰期约为5730年。

碳的显著特征

• 碳的物理性质很大程度上取决于其同素异形体。

• 碳的主要同素异形体是石墨、金刚石和无定形碳。

• 石墨是不透明的、黑色的、非常柔软的；因此，它用于在纸上留下痕迹。

• 金刚石非常坚硬（自然界中最硬的物质）且透明。

• 石墨是良好的导电体。

• 金刚石是不良导电体。

• 碳很可能在所有元素中具有最高的升华点。

碳的分布

• 就质量而言，碳是宇宙中第四丰富的化学元素（仅次于氢、氦和氧）。

• 碳在太阳、恒星、彗星以及大多数行星的大气中都大量存在。

• 碳存在于地球大气中并溶解在水中。

• 碳氢化合物，如煤、石油和天然气，都含有碳。

• 碳也存在于甲烷水合物中，甲烷水合物存在于极地地区和海底。

• 一些富含碳的岩石是煤、石灰石、白云石等。

• 煤富含碳；因此，它是最大的矿物碳商业来源。

• 煤约占化石燃料总量的4000亿吨或80%。

碳的化合物

• 以下是碳的主要化合物：

  • 氰- CN₂

  • 氰化氢- HCN

  • 氰胺- CN₂H₂

  • 异氰酸- HNCO

  • 氰化氯- CNCl

  • 氯磺酰异氰酸酯- CNClO₃S

  • 氰尿酰氯- NCCl₃

  • 二硫化碳- CS₂

  • 硫化羰- OCS

  • 一硫化碳- CS

碳的用途

• 根据同素异形体，碳被用于各种应用。

• 碳是生命中最基本的元素之一，没有它，我们就无法想象地球上的生命。

• 化石燃料，如甲烷气体和原油（石油）、煤等，在日常生活中被使用。

• 石墨与粘土混合，用于制造铅笔芯。

• 木炭也用作艺术作品中的绘画材料、炼铁、烧烤等。

• 金刚石通常用于珠宝。

• 工业用金刚石用于切割、钻孔和抛光工具，用于加工金属和石头。

• 化石碳氢化合物和碳纤维用于制造塑料。