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碳12是什么东西呀？它有什么性质？

文章插图
碳是一种非金属元素，位于元素周期表的第二周期IVA族 。它的化学符号是C，它的原子序数是6，电子构型为[He]2s22p2 。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 。
原子体积:(立方厘米/摩尔)
4.58
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
地壳中含量：（ppm）
480
拉丁语为Carbonium，意为“煤，木炭” 。汉字“碳”字由木炭的“炭”字加表固体非金属元素的石字旁构成，从 炭字音 。
性状
碳单质通常是无臭无味的固体 。单质碳的物理和化学性质取决于它的晶体结构，外观、密度、熔点等各自不同 。碳的单质已知以多种同素异形体的形式存在：
石墨
莫氏硬度：石墨1-2 金刚石 10
金刚石
氧化态：
MainC-4, C+2, C+4
Other
化学键能： (kJ /mol)
C-H411
C-C348
C=C614
C≡C839
C=N615
C≡N891
C=O745
C≡O1074
热导率: W/(m·K)
(graphite) 119-165
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
富勒烯（Fullerenes，也被称为巴基球）
无定形碳（Amorphous，不是真的异形体,内部结构是石墨）
碳纳米管（Carbon nanotube）
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）
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）
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 。
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 。
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 。
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 。
化合物
碳的化合物中，只有以下化合物属于无机物：
【碳12是什么东西呀？它有什么性质？】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 。

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