碳元素的化学性质
碳是一种非金属元素,化学符号为C,位于元素周期表的第二周期IVA族。碳在常温下具有稳定性,不易反应,极低的对人体的毒性。碳可以以石墨或活性炭的形式安全地摄取。碳能在化学上互相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。
碳元素的物理性质
碳的熔点约为3550℃,沸点约为4827℃。碳有黑色粉状或颗粒状多孔结晶的外观。碳的密度为1.8 g/cm³。碳在常温下不溶于水,但在高温下可以与氧气反应生成二氧化碳或一氧化碳。碳具有反磁性,电子构型为[He]2s²2p²。
碳元素的同素异形体
碳有多种同素异形体,如金刚石、石墨、石墨烯和富勒烯等。金刚石是最坚硬的物质之一,常用于裁玻璃和钻探;石墨则非常软,常用作铅笔芯和电极。这些同素异形体具有不同的晶体结构和物理性质,广泛应用于航空、医疗、石油化工、国防等领域。
碳对于现有已知的所有生命系统都是不可或缺的,没有它,生命不可能存在。
除食物和木材以外的碳的主要经济利用是烃(最明显的是石油和天然气)的形式。原油由石化行业在炼油厂通过分馏过程来生产其他商品,包括汽油和煤油。
纤维素是一种天然的含碳的聚合物,从棉、麻、亚麻等植物中获取。纤维素在植物中的主要作用的维持植物本身的结构。来源于动物的具有商业价值的聚合物包括羊毛、羊绒、丝绸等都是碳的聚合物,通常还包括规则排列在聚合物主链的氮原子和氧原子。
碳及其化合物多种多样。碳还能与铁形成合金,最常见的是碳素钢;石墨和黏土混合可以制用于书写和绘画的铅笔芯,石墨还能作为润滑剂和颜料,作为玻璃制造的成型材料,用于电极和电镀、电铸,电动马达的电刷,也是核反应堆中的中子减速材料;焦炭可以用于烧烤、绘图材料和炼铁工业;宝石级金刚石可作为首饰,工业用金刚石用于钻孔、切割和抛光,以及加工石头和金属的工具。
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。拉丁语为Carbonium,意为“煤,木炭”。碳元素结构多样,能够以具有多方面性质的单质形式存在,如晶形碳、无定形碳和过渡碳。
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。碳还有多种同素异形体,如金刚石、石墨、石墨烯、富勒烯等,这些同素异形体广泛应用于航空、医疗、石油化工、国防等领域。另外,碳是生铁、熟铁和钢的成分之一。 碳能在化学上互相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。
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