【历史】碳的由来

发布日期：2018-12-28 10:40 来源：活性炭网 作者：活性炭网 浏览数：

碳 发现日期 史前 发现者 - 名称的由来 这个名字来源于拉丁语carbo，木炭 同素异形体 金刚石，石墨，石墨烯，无定形，富勒烯 C 碳 6 12.011 事实框 组 14 熔点 升华在3825C，6917F，4098 K. 期

碳

发现日期	史前
发现者	-
名称的由来	这个名字来源于拉丁语'carbo'，木炭
同素异形体	金刚石，石墨，石墨烯，无定形，富勒烯

C

碳

6

12.011  

 事实框

组	14	熔点	升华在3825°C，6917°F，4098 K.
期	2	沸点	升华在3825°C，6917°F，4098 K.
块	p	密度（g cm -3）	3.513（钻石）; 2.2（石墨）
原子数	6	相对原子质量	12.011
状态为20°C	固体	关键同位素	12 C，13 C，14 C.
电子配置	[他] 2s 2 2p 2	CAS编号	7440-44-0
ChemSpider ID

 用途和属性

图像说明

三个冠代表了元素在自然界中的三种主要形式，以及碳在元素周期表中作为“元素之王”的地位。

出现

该元素有许多纯形式，包括石墨，金刚石，富勒烯和石墨烯。

 

金刚石是一种无色透明的结晶固体，是最坚硬的材料。石墨是黑色的，有光泽但柔软。纳米形式，富勒烯和石墨烯，呈黑色或深棕色，烟灰状粉末。

用途

碳在形成强键合链的能力中是独特的，被氢原子封闭。这些自然作为化石燃料（煤，石油和天然气）提取的碳氢化合物主要用作燃料。一小部分但重要的部分用作石化工业的原料，生产聚合物，纤维，油漆，溶剂和塑料等。

 

木炭（来自木材）和焦炭（来自煤）形式的不纯碳用于金属冶炼。这在钢铁工业中尤为重要。

 

石墨用于铅笔，用于制造电动马达和炉衬中的刷子。活性炭用于纯化和过滤。它存在于呼吸器和厨房抽油烟机中。

 

碳纤维作为一种非常坚固但重量轻的材料被发现有很多用途。它目前用于网球拍，滑雪板，钓鱼竿，火箭和飞机。

 

工业钻石用于切割岩石和钻孔。金刚石薄膜用于保护剃刀刀片等表面。

 

最近发现的碳纳米管，其他富勒烯和原子薄片石墨烯已经彻底改变了电子工业和纳米技术的硬件发展。

 

150年前，地球大气层中二氧化碳的自然浓度为280 ppm。2013年，由于使用氧气燃烧化石燃料，因此有390 ppm。大气中的二氧化碳允许可见光进入，但可以防止一些红外线逃逸（自然温室效应）。这使地球保持足够温暖以维持生命。然而，由于人为引起的大气二氧化碳增加，正在进行增强的温室效应。随着气候变化，这会影响生物。

生物学作用

碳对生命至关重要。这是因为它能够形成各种不同长度的链条。曾经有人认为，碳基生命分子只能从生物中获得。他们被认为包含了“生命的火花”。然而，在1828年，尿素由无机试剂合成，有机和无机化学分支结合在一起。

 

生物从二氧化碳中获得几乎所有的碳，无论是来自大气还是溶解在水中。绿色植物和光合浮游生物的光合作用利用来自太阳的能量将水分解为氧气和氢气。氧气释放到大气，淡水和海洋中，氢气与二氧化碳结合产生碳水化合物。

 

一些碳水化合物与氮，磷和其他元素一起使用，以形成生命中的其他单体分子。这些包括RNA和DNA的碱基和糖，以及蛋白质的氨基酸。

 

不进行光合作用的生物必须依靠消耗其他生物来获取碳分子的来源。他们的消化系统将碳水化合物分解为可用于构建自身细胞结构的单体。呼吸提供了这些反应所需的能量。在呼吸中，氧气重新加入碳水化合物，再次形成二氧化碳和水。在该反应中释放的能量可用于细胞。

天然丰富

碳是在太阳和其他恒星中发现的，由前一颗超新星的碎片形成。它是由更大的恒星核聚变建立起来的。

 

它存在于许多行星的大气中，通常为二氧化碳。在地球上，大气中二氧化碳的浓度目前为390 ppm并且正在上升。

 

石墨在许多地方天然存在。钻石在一些陨石中以微观晶体的形式存在。天然钻石存在于矿物金伯利岩中，其来源位于俄罗斯，博茨瓦纳，刚果民主共和国，加拿大和南非。

 

结合起来，碳存在于所有生物中。它还以碳氢化合物（天然气，原油，油页岩，煤等）和碳酸盐（白垩，石灰石，白云石等）的形式存在于化石残骸中。

历史

元素和周期表历史

碳以无烟煤（一种煤），石墨和钻石的形式天然存在。历史上更容易获得的是烟灰或木炭。最终，这些各种材料被认为是相同元素的形式。毫不奇怪，钻石造成了最大的识别难度。佛罗伦萨的自然主义者Giuseppe Averani和军医Cipriano Targioni是第一个发现钻石可以被加热摧毁的人。1694年，他们用大放大镜将太阳光聚焦到钻石上，宝石最终消失了。皮埃尔-约瑟夫Macquer和戈德弗鲁瓦德维尔塔纳斯在1771反复实验接着，在1796年，英国化学家史密森坦最后证明了金刚石只是一个由示出，因为它烧它仅形成CO的碳的形式₂。

原子数据

原子半径，非粘合（Å）	1.70	共价半径（Å）	0.75
电子亲和力（kJ mol -1）	121.776	电 负性（鲍林规模）	2.55
电离能 （kJ mol -1）	1 号 1086.454 2 次 2352.631 第3 次 4620.471 4 日 6222.716 5 日 37830.648 6 日 47277.174 7 日 - 8 日 -

债券焓

共价键 焓（kJ mol -1） 在发现 C-C 345.6 一般 C = C 610 一般 C≡C 835.1 一般 C-N 304.6 一般 C = N 615 一般 C≡N 889.5 一般 C-F 485 CF 4 C-硅 301 （CH 3）4 Si C-氯 339 一般 C-氯 327.2 CCl 4 C-我 218 一般 C-我 213 CH 3 I C-溴 285 一般 C-H 413 一般 C-H 415.5 CH 4 C-O 357.7 一般 C = O 803 CO 2 C = O 695 HCHO C = O 736 醛类 C = O 749 酮类 C-O 335.6 CH 3 OH

氧化态和同位素

常见的氧化态	4, 3, 2, 1, 0, -1, - 2, -3, -4
同位素	同位素	原子质量	天然丰度（％）	半衰期	腐烂的方式
	12 C	12.000	98.93	-	-
	13 C.	13.003	1.07	-	-
	14 C	14.003	-	5715和	的β-

 供应风险

• 煤
• 钻石
• 石墨

相对供应风险 4.5 地壳丰度（ppm） 200 回收率（％） 未知 可替代性 未知 生产浓度（％） 46 储备分配（％） 28

三大生产商 1）中国 2）美国 3）印度 前3名储备持有人 1）美国 2）俄罗斯 3）中国 顶级制片人的政治稳定 24.1 最高储备持有人的政治稳定性 56.6

压力和温度数据 - 先进

比热容 （J kg -1 K -1）	709（石墨）	杨氏模量（GPa）	未知
剪切模量（GPa）	未知	体积模量（GPa）	542（钻石）; 33（石墨）
蒸汽压力
温度（K）	400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400
压力（Pa）	- - - - - - - - - - -

播客

成绩单： 化学元素：碳   （促销）   你正在听化学世界，它是由皇家化学学会杂志“ 化学世界”带给你的。   （结束促销）   克里斯史密斯   你好，这个星期的元素，结合婚礼，战争，冲突和火葬，并解释如何，这里是凯瑟琳霍尔特。   凯瑟琳霍尔特   任何化学家都可以谈论几天的碳。毕竟，对于我们以碳为基础的生命形式来说，这是一种日常的，普通的，非常多的，无处不在的元素。化学的一个完整分支致力于其反应。   在它的元素形式中，它在其同素异形体的对比和迷人形式中引发了一些惊喜。似乎每隔几年就有一种新形式的碳进入时尚 - 几年前碳纳米管是新的黑色（或者我应该说'新的巴基球'） - 但是石墨烯现在就是哦 - 哦！   但今天我要谈谈碳可以采取的最迷人的形式 - 钻石。几千年来，钻石一直与财富和财富联系在一起，因为它可以被切割成具有高清晰度，光彩和持久性的宝石。钻石真的是永恒的！不幸的是，钻石也有一个黑暗的一面 - 钻石引发的贪婪导致所谓的“冲突钻石”的交易，支持和资助内战。   芒希尔对钻石的渴望使得炼金术士和化学家们在几个世纪中试图合成这种材料。在许多可疑的早期索赔之后，钻石终于在20世纪50年代被人工合成。科学家们从大自然中汲取灵感，注意到钻石在地壳深处自然形成的条件。因此，他们使用高温（超过3000 o C）和高压（> 130 atms）将石墨转化为碳。这是一项令人印象深刻的壮举，但所需的极端条件使其作为商业流程过于昂贵。从那时起，该方法得到了改进，金属催化剂的使用意味着需要更低的温度和压力。几微米直径的晶体可在几分钟内形成，但2克拉的宝石级晶体可能需要数周时间。   这些技术意味着它现在可以人工合成宝石级钻石，这些钻石在没有专业设备的帮助下，无法与天然钻石区分开来。不言而喻，这可能会导致天然钻石交易公司的头痛！可以将任何碳基材料变成钻石 - 包括头发甚至火化残骸！是的 - 如果你愿意，你可以把你亲爱的宠物变成钻石永远保存！人造钻石在化学和物理上与天然石头相同，没有道德包袱。然而，在心理上他们仍然是一个障碍 - 如果他真的爱你，他会给你买真正的钻石 - 不是吗？   从化学家，材料科学家或工程师的角度来看，我们很快就会用尽最高级的材料，同时描述钻石的惊人物理，电子和化学特性。它是人类已知的最硬的材料，或多或少是惰性的 - 能够承受最强和最具腐蚀性的酸。它具有任何材料的最高导热性，因此具有出色的散热性能。这就是为什么钻石总是很冷。具有宽带隙，它是绝缘材料的教科书示例，并且出于同样的原因，在任何固体材料的最宽波长范围内具有惊人的透明度和光学性质。   你可以看到为什么钻石对科学家来说很令人兴奋。其硬度和惰性特性表明可用作防磨损，化学腐蚀和辐射损伤的保护涂层。它具有高导热性和电绝缘性，可用于高功率电子设备。其光学特性是窗户和镜片的理想选择，其生物相容性可用于植入物涂层。   几个世纪以来人们都知道这些属性 - 那么为什么钻石的使用不再广泛呢？原因是由高压高温合成形成的天然钻石和钻石尺寸有限 - 通常最多只有几毫米，并且只能沿着特定的晶面切割和成形。这可以防止在大多数建议的应用中使用金刚石。   然而，大约20年前，科学家发现钻石合成根据这次的新方式低高压，高温条件下，利用化学气相沉积。如果要考虑碳的热力学稳定性，我们会发现在室温和压力下，最稳定的碳形式实际上是石墨，而不是金刚石。严格来说，从纯粹的能量或热力学角度来看，钻石应该在环境条件下自发地变成石墨！显然，这种情况不会发生，这是因为破坏金刚石中的强键并将其重新排列形成石墨所需的能量需要大量的能量输入，因此整个过程非常缓慢，在数千年的范围内反应不会发生。   正是这种金刚石的亚稳态在化学气相沉积中被利用。使用99％氢气和1％甲烷的气体混合物，并且一些活化源如热丝用于产生高反应性氢和甲基。然后碳基分子沉积在表面上以形成金刚石涂层或薄膜。实际上，最初形成石墨和金刚石，但是在这些高反应性条件下，石墨沉积物从表面蚀刻掉，仅留下金刚石。这些薄膜是多晶的，由微米尺寸范围的微晶组成，因此缺乏宝石钻石的透明度和亮度。虽然它们可能不那么漂亮，但是这些金刚石薄膜可以沉积在一系列不同尺寸和形状的表面上，因此极大地增加了钻石的潜在应用。仍然需要了解薄膜晶间边界和表面化学的复杂化学以及如何最好地利用它们的挑战。这种材料将使化学家，材料科学家，物理学家和工程师在未来的许多年里保持忙碌。然而，目前我们都同意钻石不仅仅是一张漂亮的脸！   克里斯史密斯   凯瑟琳·霍尔特（Katherine Holt）赞扬了碳冠上宝石的美德。下周我们将进入第一组，听听金属革命治疗躁狂抑郁症的故事。   马特威尔金森   维多利亚心理卫生部的一位澳大利亚医生John Cade于1949年首次提到它对大脑的镇静作用。他给豚鼠注射了0.5％的碳酸锂溶液，令他惊讶的是，这些通常高度紧张的动物变得温顺。然后凯德给了他最心理不安的病人注射了同样的解决方案。这名男子的反应非常好，几天之内，他被转移到正常的医院病房，很快又回来了。   克里斯史密斯   它仍然在今天使用，尽管尽管有50年的医学进步，我们仍然不知道它是如何工作的。那是马特威尔金森，他将在下周的“元素中的化学”中讲述锂的故事，我希望你能加入我们。我是克里斯史密斯，谢谢你的倾听和再见。

(责任编辑：活性炭网) 织梦二维码生成器

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