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碳元素（拉丁语为Carbonium，英文carbon，源自carbo）是一种非金属元素，位于元素周期表的第二周期IVA族。意为“煤，木炭”。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和生物之中。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。生物体内绝大多数分子都含有碳元素。

这种物质发现得很早，常见的碳的自然形式有金刚石、炭和石墨。

碳的无数化合物是我们日常生活中不可缺少的物质，产品从尼龙和汽油、香水和塑料，一直到鞋油、滴滴涕和炸药等，范围广泛种类繁多。

中文名 碳元素 外文名 carbon 自然形式 金刚石、炭和石墨 用 途 尼龙、汽油、香水 有无放射性 无 元素符号 C

发现简史

碳在史前就已被发现，炭黑和煤是人类最早使用碳的形式。钻石大约在公元前2500年被中国熟知，同时煤作为碳的形式在罗马时代被使用的化学方式和现代一样。

从人类在地球上出现以后，就和碳有了接触，由于闪电使木材燃烧后残留下来木炭，动物被烧死以后，便会剩下骨碳，人类在学会了怎样引火以后，碳就成为人类永久的“伙伴”了，所以碳在古代就已经是被人知道的元素。发现碳的精确日期是不可能查清楚的，从拉瓦锡(Lavoisier A L 1743年-1794年法国)1789年编制的《元素表》中可以看出，碳首先是作为元素出现的。碳在古代的燃素理论的发展过程中起了重要的作用，根据这种理论，碳在那时不是以一种元素的形式出现的而是一种纯粹的燃素，由于研究煤和其它化学物质的燃烧，拉瓦锡首先指出碳是一种元素。

碳在自然界中存在有多种同素异形体──金刚石、石墨、石墨烯，碳纳米管，C60，六方晶系陨石钻石（蓝丝黛尔石）。金刚石和石墨早已被人们所知，拉瓦锡做了燃烧金刚石和石墨的实验后，确定这两种物质燃烧都产生了CO2，因而得出结论，即金刚石和石墨中含有相同的“基础”，称为碳。正是拉瓦锡首先把碳列入元素周期表中。C60是1985年由美国休斯顿赖斯大学的化学家哈里可劳特等人发现的，它是由60个碳原子组成的一种球状的稳定的碳分子，是金刚石和石墨之后的碳的第三种同素异形体。

单质简介

碳在地壳中的质量分数为0.027%，在自然界中分布很广。以化合物形式存在的碳有煤、石油、天然气、动植物体、石灰石、白云石、二氧化碳等。

截止1998年底，在全球最大的化学文摘——美国化学文摘上登记的化合物总数为18.8百万种，其中绝大多数是碳的化合物。

众所周知，生命的基本单元氨基酸、核苷酸是以碳元素做骨架变化而来的。先是一节碳链一节碳链地接长，演变成为蛋白质和核酸；然后演化出原始的单细胞，又演化出虫、鱼、鸟、兽、猴子、猩猩、直至人类。这三四十亿年的生命交响乐，它的主旋律是碳的化学演变。可以说，没有碳，就没有生命。碳，是生命世界的栋梁之材。

纯净的、单质状态的碳有三种，它们是金刚石、石墨、C60。它们是碳的三种同素异形体。

金刚石

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金刚石俗称钻石，除用作装饰品外，主要用于制造钻探用的钻头和磨削工具，是重要的现代工业原料，价格十分昂贵。

历史上更容易得到的是煤灰或木炭。最难确认的是钻石。

来自佛罗伦萨（意大利）的博物学者Giuseppe Averani和医学工作者Cipriano Targioni首先发现了钻石是可以被加热摧毁的。在1694年他们使用一个大型放大镜聚集阳光到钻石上，宝石最终消失了。Pierre-Joseph Macquer和Godefroy de Villetaneuse在1771年重复了这个实验。之后，在1796年，英国化学家Smithson Tennant展示其燃烧后生成的仅仅是CO2而最终证明了钻石只是碳的一种形式。 金刚石是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。金刚石的熔沸点高，熔点超过3500℃，相当于某些恒星表面温度。在金刚石分子中，每一个碳原子都被另外四个碳原子包围着，这些碳原子以很强的结合力连接在一起，形成了一个巨大的分子，因此金刚石很坚硬。金刚石是绝缘体。用途是作装饰品，钻头材料等。

石墨

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石墨乌黑柔软，是世界上最软的矿石，是一种深灰色有金属光泽而不透明的细鳞片状固体。石墨属于混合型晶体，既有原子晶体的性质又有分子晶体的性质。质软，有滑腻感，具有优良的导电性能。熔沸点高。石墨分子中每一个碳原子只与其他三个碳原子以较强的力结合，形成了一种层状的结构，而层与层之间的结合力较小，所以石墨被大量用来制作电极、高温热电偶、坩埚、电刷、润滑剂和铅笔芯。

性质不同

金刚石和石墨都是碳，为什么性质截然不同呢？这是因为它们的晶体结构不同。在金刚石中，碳原子排列非常规则，在每一个碳原子周围有四个等距离的碳原子，构成一个正四面体，所以金刚石比重大，坚硬。而石墨的晶体结构则是层状，层与层之间距离较大，容易滑动，所以石墨比重比金刚石小，而且软、滑。金刚石与石墨，叫“同素异形体”。既有同一元素构成的两种性质不同的物体。

自然界中的循环

在地面条件下，一种元素从一处到另一处是很罕见的。因此，地球上的碳含量是一个有效常数。碳在自然界中的流动构成了碳循环。例如，植物从环境中吸收二氧化碳用来储存生物质能，如碳呼吸和卡尔文循环（一种碳固定的过程）。一些生物质能通过捕食而转移，而一些碳以二氧化碳的形式被动物呼出。碳循环的结构要比右图的模式图复杂得多。例如，一些二氧化碳会溶解在海洋中，死去的植物或动物的遗骸可能会形成煤、石油和天然气，这些可以通过燃烧释放碳，而细菌不能利用得到。

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