主题:【资料】元素周期表-碳

浏览0 回复16 电梯直达
工农兵
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵



目录
碳元素简介
碳的同位素
单质碳的形式
碳元素的化合物
碳的发现史

  

碳元素简介
  碳是一种非金属元素,位于元素周期表的第二周期IVA族。拉丁语为Carbonium,意为“煤,木炭”。汉字“碳”字由木炭的

元素周期性质
“炭”字加石字旁构成,从“炭”字音。
  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。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。生物体内大多数分子都含有碳[1]元素。
为您推荐
您可能想找: 气相色谱仪(GC) 询底价
专属顾问快速对接
立即提交
可能感兴趣
工农兵
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
碳化合物一般从化石燃料中获得,然后再分离并进一步合成出各种生产生活所需的产品,如乙烯、塑料等。
  碳的存在形式是多种多样的,有晶态单质碳如金刚石、石墨;有无定形碳如煤;有复杂的有机化合物如动植物等;碳酸盐如大理石等。 单质碳的物理和化学性质取决于它的晶体结构。高硬度的金刚石和柔软滑腻的石墨晶体结构不同,各有各的外观、密度、熔点等。
  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;不同高温下与氧反应,生成二氧化碳或一氧化碳;在卤素中只有氟能与单质碳直接反应;在加热下,单质碳较易被酸氧化;在高温下,碳还能与许多金属反应,生成金属碳化物。碳具有还原性,在高温下可以冶炼金属。
  化学符号:C
  元素原子量:12.01
  

质子数:6
  原子序数:6
  周期:2
  族:IVA
  电子层分布:2-4
  原子体积: 4.58立方厘米/摩尔
工农兵
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
原子半径(计算值):70(67)pm
  共价半径:77 pm
  范德华半径: 170 pm
  电子构型 :1s22s22p2
  电子在每能级的排布: 2,4
  氧化价(氧化物): 4,3,2(弱酸性)
  颜色和外表:黑色(石墨), 无色(金刚石)
  物质状态 :固态
  物理属性: 反磁性
  熔点:约为3550 ℃(金刚石)
  沸点:约为4827 ℃(升华)
  摩尔体积 :5.29×10-6m3/mol
  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
  元素在地壳中含量:(ppm)4800
  莫氏硬度:石墨1-2 ,金刚石 10
  氧化态: 主要为-4,,C+2, C+4 (还有其他氧化态)
  化学键能: (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
  单质密度:3.513 g/cm3(金刚石)、2.260 g/cm3(石墨,20 ℃)
  电负性:2.55(鲍林标度)
  比热:710 J/(kg•K)
工农兵
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵


电导率:0.061×10-6/(米欧姆)
  热导率:129 W/(m•K) 第一电离能 1086.5 kJ/mol 第二电离能 2352.6 kJ/mol 第三电离能 4620.5 kJ/mol 第四电离能 6222.7 kJ/mol 第五电离能 37831 kJ/mol 第六电离能 47277.0 kJ/mol
  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。
工农兵
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵


碳的同位素
  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。
单质碳的形式
  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。
  1. 金刚石(diamond)


金刚石结构图

  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。
  金刚石的熔点超过3500℃,相当于某些恒星表面温度。
  主要作用:装饰品、切割金属材料等
  

2.石墨(graphite)
  石墨是一种深灰色有金属光泽而不透明的细鳞片状固体。质软,有滑腻感,具有优良的导电性能。石墨中碳原子以平面层状结构键合在一起,层与层只见键合比较脆弱,因此层与层之间容易被滑动而分开。
  主要作用:制作铅笔,电极,电车缆线等
工农兵
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
3.富勒烯(fullerene,C60、C72等)


  1985年由美国德克萨斯州罗斯大学的科学家发现。
  富勒烯中的碳原子是以球状穹顶的结构键合在一起。
  4.其他碳结构
  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)
  石墨烯(graphene,即单层石墨)
  碳纳米管(Carbon nanotube, 具有典型的层状中空结构特征)
  单斜超硬碳 (M-carbon,低温后石墨高压相,具有单斜结构,其硬度接近金刚石)
  无定形碳(Amorphous,不是真的异形体,内部结构是石墨)
  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)
工农兵
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
碳元素的化合物
  碳的化合物中,只有以下化合物属于无机物:
  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。 分布 碳存在于自然界中(如以金刚石和石墨形式),是煤、石油、沥青、石灰石和其它碳酸盐以及一切有机化合物的最主要的成分,在地壳中的含量约0.027%。碳是占生物体干重比例最多的一种元素。碳还以二氧化碳的形式在地球上循环于大气层与平流层。 在大多数的天体及其大气层中都存在有碳。
工农兵
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
碳的发现史
  金刚石和石墨史前人类就已经知道。
  富勒烯则于1985年被发现,此后又发现了一系列排列方式不同的碳单质。
  同位素碳14由美国科学家马丁•卡门和塞缪尔•鲁宾于1940年发现。
  六角金刚石由美国科学家加利福德•荣迪尔和尤苏拉•马温于1967年发现。
  单斜超硬碳由美国科学家邦迪和卡斯伯于1967年实验发现,其晶体结构由吉林大学李全博士和导师马琰铭教授于2009年理论确定。

工农兵
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
工农兵
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
工农兵
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
猜你喜欢最新推荐热门推荐更多推荐
品牌合作伙伴