fbpx
维基百科

碳

二月 25, 2023

提示：此条目的主题不是炭。
  「Carbon」重定向至此。关于同名的程式語言，请见「Carbon (編程語言)」。

碳（拼音：tàn，注音：ㄊㄢˋ；英語：Carbon；拉丁語：Carbonium，意為「煤炭」），是一種化學元素，化學符號为C，原子序數为6，原子量為12.011 u，位於元素週期表中的IV A族，屬於非金屬。每個碳原子有四顆能夠進行鍵合的電子，因此其化合價通常為4。自然產生的碳由三種同位素組成：12C和13C為穩定同位素，而14C則具放射性，其半衰期約為5730年。[11]碳是少數幾個自遠古就被發現的元素之一（見化學元素發現年表）。[12]

碳   6C
氫（非金屬） 氦（惰性氣體）
鋰（鹼金屬） 鈹（鹼土金屬） 硼（類金屬） 碳（非金屬） 氮（非金屬） 氧（非金屬） 氟（鹵素） 氖（惰性氣體）
鈉（鹼金屬） 鎂（鹼土金屬） 鋁（貧金屬） 矽（類金屬） 磷（非金屬） 硫（非金屬） 氯（鹵素） 氬（惰性氣體）
鉀（鹼金屬） 鈣（鹼土金屬） 鈧（過渡金屬） 鈦（過渡金屬） 釩（過渡金屬） 鉻（過渡金屬） 錳（過渡金屬） 鐵（過渡金屬） 鈷（過渡金屬） 鎳（過渡金屬） 銅（過渡金屬） 鋅（過渡金屬） 鎵（貧金屬） 鍺（類金屬） 砷（類金屬） 硒（非金屬） 溴（鹵素） 氪（惰性氣體）
銣（鹼金屬） 鍶（鹼土金屬） 釔（過渡金屬） 鋯（過渡金屬） 鈮（過渡金屬） 鉬（過渡金屬） 鎝（過渡金屬） 釕（過渡金屬） 銠（過渡金屬） 鈀（過渡金屬） 銀（過渡金屬） 鎘（過渡金屬） 銦（貧金屬） 錫（貧金屬） 銻（類金屬） 碲（類金屬） 碘（鹵素） 氙（惰性氣體）
銫（鹼金屬） 鋇（鹼土金屬） 鑭（鑭系元素） 鈰（鑭系元素） 鐠（鑭系元素） 釹（鑭系元素） 鉕（鑭系元素） 釤（鑭系元素） 銪（鑭系元素） 釓（鑭系元素） 鋱（鑭系元素） 鏑（鑭系元素） 鈥（鑭系元素） 鉺（鑭系元素） 銩（鑭系元素） 鐿（鑭系元素） 鎦（鑭系元素） 鉿（過渡金屬） 鉭（過渡金屬） 鎢（過渡金屬） 錸（過渡金屬） 鋨（過渡金屬） 銥（過渡金屬） 鉑（過渡金屬） 金（過渡金屬） 汞（過渡金屬） 鉈（貧金屬） 鉛（貧金屬） 鉍（貧金屬） 釙（貧金屬） 砈（類金屬） 氡（惰性氣體）
鍅（鹼金屬） 鐳（鹼土金屬） 錒（錒系元素） 釷（錒系元素） 鏷（錒系元素） 鈾（錒系元素） 錼（錒系元素） 鈽（錒系元素） 鋂（錒系元素） 鋦（錒系元素） 鉳（錒系元素） 鉲（錒系元素） 鑀（錒系元素） 鐨（錒系元素） 鍆（錒系元素） 鍩（錒系元素） 鐒（錒系元素） 鑪（過渡金屬） 𨧀（過渡金屬） 𨭎（過渡金屬） 𨨏（過渡金屬） 𨭆（過渡金屬） 䥑（預測為過渡金屬） 鐽（預測為過渡金屬） 錀（預測為過渡金屬） 鎶（過渡金屬） 鉨（預測為貧金屬） 鈇（貧金屬） 鏌（預測為貧金屬） 鉝（預測為貧金屬） 鿬（預測為鹵素） 鿫（預測為惰性氣體）
-
↑
碳
↓
矽
硼 ← 碳 → 氮
外觀
透明（鑽石）或黑色（石墨）

鑽石（左）和石墨（右）是碳最常見的兩種同素異形體。

碳的光譜線
概況
名稱·符號·序數碳（Carbon）·C·6
元素類別非金屬
族·週期·區14 ·2·p
標準原子質量12.011（1）
电子排布[He] 2s2 2p2
2, 4
歷史
發現古埃及人和蘇美人[1]（公元前3750年）
確認為化學元素安東萬·拉瓦節[2]（1789年）
物理性質
物態固體
密度（接近室温）
無定形：[3]1.8–2.1 g·cm−3
密度（接近室温）
鑽石：3.515 g·cm−3
密度（接近室温）
石墨：2.267 g·cm−3
昇華點3915 K，3642 °C，6588 °F
三相点4600 K（4327 °C），10800[4][5] kPa
熔化热117（石墨） kJ·mol−1
比熱容6.155（鑽石）
8.517（石墨） J·mol−1·K−1
蒸氣壓
原子性質
氧化态4, 3[6], 2, 1[7], 0, −1, −2, −3, −4[8]
电负性2.55（鲍林标度）
电离能第一：1086.5 kJ·mol−1

第二：2352.6 kJ·mol−1
第三：4620.5 kJ·mol−1

（更多）
共价半径77(sp³), 73(sp²), 69(sp) pm
范德华半径170 pm
雜項
晶体结构钻石
（鑽石，透明）

六方


（石墨，黑色）
磁序反磁性[9]
熱導率900-2300（鑽石）
119-165（石墨） W·m−1·K−1
膨脹係數（25 °C）0.8（鑽石）[10] µm·m−1·K−1
聲速（細棒）（20 °C）18350（鑽石） m·s−1
杨氏模量1050（鑽石）[10] GPa
剪切模量478（鑽石）[10] GPa
体积模量442（鑽石）[10] GPa
泊松比0.1（鑽石）[10]
莫氏硬度10（鑽石）
1-2（石墨）
CAS号7440-44-0
最穩定同位素
主条目：碳的同位素
同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰變
方式 能量（MeV） 產物
11C 人造 20分鐘 β+ 0.96 11B
12C 98.9% 穩定，帶6粒中子
13C 1.1% 穩定，帶7粒中子
14C 痕量 5730年 β− 0.15 0 14N

碳的同素異形體有數種，最常見的包括：石墨、鑽石及無定形碳。[13]這些同素異形體之間的物理性質，包括外表、硬度、電導率等等，都具有極大的差異。在正常條件下，鑽石、碳納米管和石墨烯的熱導率是已知材質中最高的。

所有碳的同素異形體在一般條件下都呈固态，其中石墨的熱力學穩定性最高。它們不易受化學侵蝕，甚至連氧都要在高溫下才可與其反應。碳在無機化合物中最常見的氧化態為+4，並在一氧化碳及過渡金屬羰基配合物中呈+2態。無機碳主要來自石灰石、白雲石和二氧化碳，但也大量出現在煤、泥炭、石油和甲烷水合物等有機礦藏中。碳是所有元素中化合物种类最多的，目前有近一千萬種已記錄的純有機化合物，但這只是理論上可以存在的化合物中的冰山一角。[14]

碳的豐度在地球地殼中排列第15（见地球的地殼元素豐度列表），並在全宇宙中排列第4（见化學元素豐度），名列氫、氦和氧之下。由於碳元素極為充沛，再加上它在地球環境下所能產生的聚合物種類極為繁多，因此碳是地球上所有生物的化學根本。[15]

特性

 
經理論推測的碳相圖

碳的各種同素異形體的物理特性差異極大，例如鑽石是最堅硬的天然物質，而石墨則是最柔軟的物質之一。碳可以和眾多較小原子（包括碳原子）產生多個共價鍵，因此碳化合物的總數是各個元素中最高的，已发现的有近一千萬種，佔所有已知化合物的絕大多數。[14]碳的昇華點是所有元素中最高的。在標準大氣壓下，碳沒有熔點，因為它的三相點位於 MPa、 K（約4,330°C），[4][5]而是會在3,900K左右昇華。[16][17]因此所有碳同素異形體的固體溫度上限比熔點最高的金屬還要高，如鎢和釕。雖然碳能夠進行氧化反應，但它的耐氧化性比鐵和銅等元素都強。

碳化合物是地球上所有生物的化學基礎。碳氮氧循環反應是太陽以及其他恒星內部部分能量的來源。雖然碳擁有上千萬種化合物，但碳在一般條件下的化學性質並不活躍。在標準溫度和壓力下，碳能夠抵抗幾乎所有的氧化劑，並只會與最強的氧化劑反應。無論是硫酸、盐酸、氯還是任何鹼，都無法侵蝕碳。在高溫条件下，碳會和氧反應形成碳氧化物（CO、 ），也會把金屬氧化物還原為純金屬，例如将氧化鐵还原为游离态铁。這一放熱反應應用於鋼鐵工業中，用以控制鋼鐵的碳含量：

 

碳能和某些金屬在高溫下形成碳化物，如鋼鐵中的Fe
3C及用作製造堅硬鑽頭磨料的碳化鎢等。

截至2009年，石墨烯是所有已知物質中最堅固的。[18]然而從石墨中分離出石墨烯的過程需要更進一步的完善才能在工業中應用。[19]

碳的各種同素異形體有著兩極化的異常特性：

人造鑽石納米晶體是最堅硬的物質。[20] 石墨是最柔軟的物質之一。
鑽石是極佳的磨料。 石墨是極佳的潤滑劑，甚至具超潤滑性。[21]
鑽石是高絕緣體。[22] 石墨是高導電體[23]
鑽石是導熱率最高的物質之一。 石墨可用作熱絕緣體。
鑽石透明。 石墨為不透明黑色。
鑽石晶體結構屬於立方晶系。 石墨晶體結構屬於六方晶系。[24]
無定形碳具各向同性。 碳納米管是各向異性最強的物質之一。

同素異形體

主条目：碳的同素異形體

單原子碳（英语：Atomic_carbon）的存活時間極短，因此碳一般以多原子形態穩定存在，這些碳原子的不同排布方式稱為同素異形體。最常見的三種碳同素異形體為無定形碳、石墨及鑽石。富勒烯曾經是新發現的奇異物質，但今天已大量生產，受到了科學家的深入研究。富勒烯共包括巴基球、[25][26]碳納米管、[27]碳納米芽[28]及碳納米纖維等。[29][30]其他同素異形體還有：藍絲黛爾石、[31]玻璃碳、[32]碳納米泡沫[33]及直鏈乙炔碳等等。[34]

 
[（双层）石墨的旋转视图
 
C60的旋转视图

碳的無定形體是碳原子以非晶體形式不規則排列時形成的玻璃態物質，也就是不具備宏觀晶體結構的石墨。無定形碳呈粉末狀，是煤炭、煤煙（炭黑）及活性炭的主要成份。在正常壓力下，碳以石墨的形式存在，其中每個碳原子都和另外三個碳原子鍵合，形成平面六邊形環平鋪結構。[35]這一種網狀平面結構能夠層疊起來，每層間有弱范德華力。因此石墨性質柔軟，也可作潤滑劑（因為層與層間能輕易平行滑動）。由於石墨中每個碳原子都有一顆外層離域電子，共同形成遍佈整個平面的π-雲，所以電能順著石墨的每個共價鍵合平面上傳導。因此碳的整體電導率低於大部分金屬。由於含有離域電子，因此在標準條件下石墨比鑽石更加穩定。

 
碳的一些同素異形體結構：鑽石（a）、石墨（b）、藍絲黛爾石（c）、富勒烯（C60（d）、C540（e）、C70（f））無定形碳（g）、碳納米管（h）

在極高壓力下，碳會形成原子排布更緊密的鑽石，其密度幾乎為石墨的兩倍。鑽石中的每個碳原子以四面體狀與另外四個碳原子鍵合，形成一個三維密鋪網狀結構。鑽石晶體屬立方晶系與矽和鍺相同。由於碳－碳共價鍵非常強，因此鑽石是最抗刮損的天然材質。雖然民間有「鑽石是永恆的」一說，但實際上鑽石在標準環境下並不具備熱力學穩定性，而且會轉變為石墨。[13]然而由於轉變需要較高的活化能，所以該過程極為緩慢，肉眼無法觀察。碳在某些情況下會結晶成藍絲黛爾石。這一形態為六方晶體，所有碳原子間都以共價鍵鍵合。因此藍絲黛爾石與鑽石特性相近。[31]

富勒烯的結構與石墨相似，但除了六角碳原子環以外，它還含有五角環和七角環。這些環鑲嵌成平面，卷縮成球體、橢球體和圓柱體等形狀。各種富勒烯（包括巴基球、碳納米管和碳納米芽）的特性仍尚待研究，屬於納米材料科學的範疇。「富勒烯」（Fullerene）和「巴基球」（Buckyball）是以推廣網格球頂作為建築結構的建築師巴克敏斯特·富勒（Buckminster Fuller）命名的，而網格球頂與富勒烯的幾何結構相似。巴基球是較大的純碳單質分子，每個碳原子與三個碳原子鍵合，形成橢球體（最簡單的一種為足球形的 ，亦即巴克敏斯特富勒烯）。[25]碳納米管則是碳原子六角形密鋪平面所卷縮而成的管狀（圓柱體）分子。[26][27]2007年，科學家首次宣佈發現碳納米芽，一種巴基球和碳納米管的混合體（巴基球鍵合在碳納米管壁上）。碳納米芽同時具有巴基球和碳納米管的屬性。[28]


其他同素異形體還有碳納米泡沫，發現於1997年，具鐵磁性。碳納米泡沫由眾多碳原子低密度聚集而成，每個原子與三個碳原子鍵合，形成由六角或七角環串聯而成的鬆散三維網格。它是已知最輕的固體之一，密度約為2kg/m3。[36]同樣，玻璃碳也含有大量的內部氣孔。[32]但與普通石墨不同，其每一層並不平行層疊，而是以相對隨機的方式排布。直鏈乙炔碳[34]的化學結構為 [34]。這一分子呈直鏈型，具有sp混成軌域，是一種在三鍵和單鍵之間交替的聚合物。其楊氏模量是世\，因此在納米科技中有相當的研究空間。[37]

存量

 
石墨礦石
 
原始鑽石晶體
 
1990年海面水溶無機碳存量（取自全球海洋數據分析計劃）

碳在全宇宙各元素中總質量排列第四，位於氫、氦和氧之後。碳大量存在於彗星、大部分行星大氣層、太陽以及其他恒星中。一些隕石含有太陽系還處於原行星盤時所遺留下來的微鑽石。隕石撞擊時的巨大溫度和壓力也會在撞擊坑處形成微鑽石。[38]

碳與氧結合成二氧化碳，大量存在於地球大氣中（當中約有8100億噸碳）並溶解在所有水體中（約有36萬億噸碳）。整個生物圈共含有約1.9萬億噸碳。碳氫化合物（如煤、石油和天然氣）同樣含有碳：煤礦儲備共有約9000億噸碳，石油儲備有約1500億噸碳，而天然氣則有約1050億噸碳，但仍不包括頁岩氣等非常規天然氣源（含有5400億噸碳）。[39]碳也封存在地球兩極和海底的甲烷水合物中，碳含量估計共有5千億至2萬5千億噸，[40]另有研究估計含量為3萬億噸。[41]過去的碳氫化合物含量比今天要多。從1751年至2008年有大約3470億噸碳在化石燃料燃燒過程中以二氧化碳的形式釋放到大氣層中。[42]

碳酸鹽岩石（石灰石、白雲石、大理石等等）中含有大量的碳。最大的碳礦石來源是煤，佔化石燃料的80%。[43]

若以個別同素異形體計算，則石墨主要位於美國（以紐約州及德克薩斯州為主）、俄羅斯、墨西哥、格陵蘭和印度。天然鑽石主要出現在古火山的「頸部管道」部分的金伯利岩內。大部分鑽石礦藏都位於非洲，其中以南非、納米比亞、博茨瓦納、剛果共和國及塞拉里昂居多。其他礦藏地點包括美國阿肯色州、加拿大、俄羅斯北極圈內、巴西以及西澳洲。好望角對出的洋底也有進行鑽石的開採。雖然自然界中存在著不少鑽石，但是在美國有30%的工業用鑽石都是人工合成的。

宇宙射線會在海拔9至15公里的對流層和平流層處產生碳-14。[44]這一反應中，熱中子撞擊氮-14原子核，形成碳-14原子核及一顆質子。

同位素

主条目：碳的同位素

所有碳同位素的原子都有6顆質子，但中子數各異（從2到16顆不等）。碳有兩個自然存在的穩定同位素：[11]碳-12（ ）佔地球上碳的98.93%，而碳-13（ ）則佔剩餘的1.07%。[11]生物體中 同位素的比率更高，因為生物化學反應會選擇性地消除 。[45]1961年，國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）決定以碳-12同位素作為原子量單位的定義標準。[46]核磁共振所探測的就是 。

碳-14（ ）是自然產生的放射性同位素，在地球上的豐度為一萬億分之一（0.0000000001%），主要存在於大氣層和地表礦藏中，如泥炭及其他有機物質等。[47]碳-14以0.158 MeV能量進行β−衰變。由於半衰期只有5730年，所以該同位素在古老岩石中幾乎絕跡，但會在大氣高層（低平流層及高對流層）中經宇宙射線和氮間的反應而不斷產生。[48]14C在大氣層及生物體中的豐度幾乎守恆，但在生物體死亡後有規律地衰減，這就是放射性碳定年法的原理。該定年法可測量年齡在4萬年以下的含碳物質。[49][50]

碳有15種已知同位素，其中存活時間最短的是 ，它會進行質子發射和α衰變，半衰期為1.98739x10−21秒。[51]同位素 有核暈效應，即其半徑比密度均勻的正常球體原子核高得多。[52]

星體內部核合成

主条目：3氦過程和碳氮氧循環

碳原子核的合成需要在巨星或超巨星內部，通過3顆α粒子（氦原子核）幾乎同時互相撞擊而形成，稱為3氦過程。進一步與氫或氦融合後分別產生的鋰-5和鈹-8都很不穩定，因此會迅速衰變回較小的原子核。[53]這種情況下的溫度達到1億開爾文，所需的氦濃度極高。大爆炸後的宇宙迅速膨脹、冷卻，因此大爆炸沒有產生大量的碳元素。赫羅圖中的水平分支恒星則具備3氦過程的所需條件，可以大量生成碳。[54]超新星爆炸再將這些恒星內部的碳散佈到太空中，這些含碳的塵埃聚合形成第二代、第三代恒星及其行星。太陽系屬於第三代恒星系統，因此地球生物所賴以為生的碳元素，最初也是在巨大恒星的內部合成的。[55]另外，通過碳氮氧循環過程，碳作為聚變反應的催化劑，為恒星提供了絕大部分的能量。

亞毫米波天文學能夠探測到含不同碳同位素的一氧化碳間的循環轉換（ 、 及 ），這可用於研究分子雲中剛剛形成的恒星。[56]

碳循環

主条目：碳循環
 
碳循環示意圖。黑色數字表示各種碳礦藏儲備，紫色數字表示各種儲備間碳的轉移，以十億噸碳每年為單位（GtC）。圖中的沉澱物數字不包括約7000萬GtC的碳酸鹽岩石和油母質。

在地球上並不容易發生元素間的轉變，因此地球上的碳基本上是守恆的。任何使用到碳的物理及化學過程都必須從一處取得碳，並在過程後轉移到另一處。環境中碳所遵循的路徑稱為碳循環。例如，植物從周圍環境中吸取二氧化碳，用以增加自身質量。動物可能會進食一部分植物體，並再以二氧化碳把碳還原到環境中。整個碳循環實際上複雜得多，比如一些二氧化碳會溶解在海洋中，動植物死亡後也會成為石油或煤，再經焚燒把碳還原到大氣中。[57][58]

化合物

有機化合物

主条目：有機化合物
 
最簡單有機化合物甲烷的結構式
 
碳循環與有機化合物形成的關係。植物進行光合作用時，二氧化碳和水會形成有機化合物，再被其他動植物所用。

碳能夠形成串連的 鍵，形成很長的分子鏈，這種特性叫做成鏈。碳－碳鍵強而穩定。因此，碳可以形成幾乎無限種不同的化合物。其實，碳化合物的數量比其他所有元素的化合物加起來還要多（除氫以外，因為大部分碳化合物都含有氫）。

最簡單的有機分子是碳氫化合物。這些化合物以一條碳鏈為主幹，並有氫原子鍵合在碳鏈上。鏈長、支鏈及官能團等都會影響有機化合物的物理及化學特性。

所有生物體中都含有碳，並以碳作為有機化學的基礎。碳氫化合物在工業上可用作製冷劑、潤滑劑、溶劑、塑料的製造原料、化石燃料等等。

碳與氧和氫結合後，會形成眾多必不可少的生物化合物，包括糖、木酯素、甲殼素、醇、脂、酯、類胡蘿蔔素、萜烯等等。碳與氮結合會形成生物鹼，再加上硫後會形成抗生素、氨基酸及橡膠等等。最後加入磷，會形成生命所需的化學編碼分子DNA及RNA，以及生物細胞用以傳遞能量的三磷酸腺苷（ATP）。

無機化合物

礦石中的含碳物質以及不含氫或氟的碳化合物一般不歸於有機化合物中，但這種定義並不是絕對的。這些無機化合物包括最簡單的各種氧化碳，其中最重要的就是二氧化碳（ ）。二氧化碳曾是古大氣層的主要成份，但今天則只佔地球大氣層中的極小一部分。[59]當二氧化碳溶於水後，會形成碳酸（ ）。但由於有多個氧原子以單鍵連結到一顆碳原子上，所以它並不穩定。[60]然而通過這一中繼狀態，因共振而穩定的碳酸鹽離子得以形成。一些重要的岩石都含有碳酸鹽，如石灰岩、白堊岩和大理石等。

另一常見的碳氧化物是一氧化碳（ ），一種在不完全燃燒後產生的無色、無味的氣體。一氧化碳分子中有一個三鍵，而且極性非常強，所以會不可逆轉地與血紅蛋白分子結合，使得親和力較低的氧無法經血紅蛋白傳輸。[61][62]氰化物（ ）的結構相似，但其特性更類似於鹵素離子（擬鹵素）。例如，氰分子（ ）與雙原子鹵素相似。其他較罕見的氧化物包括二氧化三碳（ ）、[63]不穩定的一氧化二碳（ ）、[64][65]三氧化碳（ ）[66][67]環戊五酮（ ）、[68]環己六酮（ ）[68]和苯六甲酸酐（ ）。

當碳遇到如鎢等活性較強的金屬時，會形成碳化物（ ）或乙炔化物（ ），大大提高這些合金的熔點。碳的電負性為2.5，[69]所以會主要形成共價鍵。碳有幾種共價鍵晶格化合物，如結構與鑽石相近的碳化矽（ ）。

金屬有機化合物

主条目：有機金屬化學

金屬有機化合物是任何具有碳－金屬鍵的化合物。金屬有機化合物類別繁多，主要分為烷基金屬化合物（如四乙基鉛）、η2烯烴化合物（如蔡斯鹽）和η3烯丙基化合物（如氯化烯丙基鈀二聚物）；含環戊二烯配位體的茂金屬（如二茂鐵）；以及過渡金屬卡賓配合物。金屬羰基配合物有很多種，包括四羰基鎳等。

歷史

 
年輕時的安東萬·拉瓦節

中文的「碳」字為形聲字，以石部表示固體非金屬，並以「炭」旁表示碳元素源自木炭或煤炭等物質。韓文及日文中碳的漢字寫法均為「炭素」。[70]在英文中，carbon來自拉丁文的carbo，即煤炭和木炭；[71]法文中的charbon同樣也是木炭的意思。德文、荷蘭文和丹麥文中碳分別寫作Kohlenstoff、koolstof和kulstof，都是「炭物質」的意思。

最早的人類文明就已在煤煙和木炭中發現了碳。中國人早在公元前2500年就發現了鑽石。人們在古羅馬時代就開始通過在無氧環境下加熱木材製造木炭。[72][73]

1722年，瑞尼·瑞歐莫發現鐵在轉變為鋼的過程中會吸收一種物質，今天人們知道這就是碳。[74]1772年，安東萬·拉瓦節證明鑽石是完全由碳組成的。他燃燒了木炭和鑽石，發現兩者都沒有產生水，而且形成的二氧化碳質量相同。[75]人們曾以為石墨是鉛的一種形態，但卡爾·威廉·舍勒在1779年證明了它和木炭相同，但混有小量鐵，並會經硝酸氧化之後釋放二氧化碳。[76]1786年，法國科學家克勞德·貝托萊、加斯帕·蒙日和沙爾·奧古斯丁·范德蒙以拉瓦節對鑽石所用的方法證明，石墨同樣主要由碳組成。[77]石墨在燃燒後同樣留下了鐵，因此他們以為鐵在石墨結構中是必要的。拉瓦節在他1789年的教科書中將碳列為化學元素。[2]

1985年，科學家發現了一種新的碳單質富勒烯，[78]其中包括巴基球、碳納米管等等。[25]發現者羅伯特·柯爾、哈羅德·克羅托和理查德·斯莫利因此獲得了1996年的諾貝爾化學獎。[79]其他奇特的碳同素異形體也被陸續發現了，例如玻璃碳。[32]

生產

石墨

主条目：石墨

大量天然石墨礦藏分佈在世界各地，其中主要出產國為中國、印度、巴西和朝鮮。石墨礦石都是變質岩，與石英、片岩中的雲母和長石、片麻岩及變質砂岩和石灰岩一同出現，呈透鏡狀或葉脈狀，厚度可達1米多。位於英國坎伯蘭博羅戴爾（Borrowdale）的石墨礦藏巨大且純度高，直到19世紀，人們都直接鋸下石墨塊，削成條狀後包在木條中，作鉛筆出售。今天，要從較小的石墨礦中提取石墨，需要把礦石壓碎後，用水浮出較輕的石墨。[80]

天然石墨以三種形式出現：無定形態、薄片狀或結晶薄片狀以及葉脈狀或塊狀。無定形石墨的質量最低，但也最常見，一般被用於生產價值最低的產品。在工業中「無定形」指的是晶體細小，而非科學中所指的完全缺乏晶體結構。無定形石墨大量出現在位於中國、歐洲、墨西哥以及美國的大型礦藏中。薄片狀石墨的價值更高，也較少見，通常出現在變質岩中。質量較高的薄片石墨價格可以是無定形石墨的4倍，可製成一膨脹性石墨，用作阻燃劑等。薄片石墨出產於巴西、加拿大、中國、德國和馬達加斯加。葉脈狀或塊狀石墨最為罕見，是天然石墨中質量與價格最高的一種。這種石墨整塊出現在岩石與岩石之間，目前只有斯里蘭卡出產。[80]

根據美國地質調查局的數據，2010年全球石墨產量為1100萬噸，其中中國佔了80萬噸，印度13萬噸，巴西7.6萬噸，朝鮮3萬噸，加拿大2.5萬噸。美國沒有開採自然石墨，但2009年共生產了11.8萬噸合成石墨，估計總值9.98億美元。[80]

鑽石

主条目：鑽石

全球的鑽石生產由少數大型企業控制，而鑽石礦藏也只分佈在地球的少數地區。

鑽石礦石中只有極小部分是鑽石。在最初壓碎礦石時須避免損傷大塊鑽石，壓碎後再以密度分開各種粒子。今天，人們利用X射線熒光光譜儀能夠預先找到鑽石含量較高的部分，接著的分類過程則由人工進行。在X光科技普及之前，人們用塗上油脂的運輸帶提取鑽石。鑽石比礦石中其他的礦物更容易粘在油脂上。[81]

歷史上只有南印度出產鑽石。[82]自公元前9世紀左右至[83]公元18世紀中葉，印度都是世界唯一的鑽石產國。18世紀末，印度的礦藏已經衰減了許多，因此巴西1725年發現鑽石後，成為了印度以外的首個鑽石產地。[84]

1870年代人們發現了南非的鑽石礦場，才開始了對主要礦藏（金伯利岩及鉀鎂煌斑岩）的開採。產量不斷提高，截至2007年一共已有45億卡拉鑽石從當地開採出來。[85]鑽石在美國主要分佈在阿肯色州、科羅拉多州和蒙大拿州。[86][87]

今天經濟效益最高的鑽石產國有俄羅斯、博茨瓦納、澳洲及剛果共和國。[88]俄羅斯的鑽石產量為全球的五分之一。澳洲擁有鑽石含量最高的礦藏，其年產量在1990年代達到4200萬噸的頂峰。[86]其他的商業鑽石礦場位於加拿大加拿大、俄羅斯西伯利亞（大部分在雅庫特地區）、巴西以及澳洲北部和西部。

根据贝恩公司的报告，全球2018年钻石产量为1.47亿克拉，预计2019年产量为1.42亿克拉。[89]

應用

 
由石墨組成的鉛筆筆芯（一般混有粘土或人造黏合劑）
 
條狀的壓縮木炭
 
碳絲織成的布料
 
C60富勒烯晶體
 
碳化鎢銑磨鑽頭

所有生物都依賴碳。如果沒有碳，我們所知的生物形態都不可能存在（見假定性生物化學）。除了作食物和木材以外，碳的最大用途是在化石燃料上（以碳氫化合物的形式），如天然氣和石油等。石油化學工業利用煉油廠把原油蒸餾成汽油和柴油。纖維素是一種植物製造的碳聚合物，出現在棉花和麻中。植物中的纖維素主要有支撐結構的作用。動物來源的碳聚合物有羊毛、羊絨和絲綢。塑料是人工合成的碳聚合物，一般在分子鏈中含有固定間隔的氧和氮原子。塑料的製造原料都可以從石油加工而成。

碳及其化合物的應用非常廣泛。碳可以和鐵形成合金，亦即鋼。石墨與粘土混合後可製成鉛筆芯，用於書寫和繪畫。石墨還能用作潤滑劑、顏料、玻璃生產過程中的鑄模材料、亁電池中或電鍍和電鑄過程中的電極、電動機中的碳刷以及核反應爐中的中子減速劑等等。

木炭可用於繪畫、燒烤、煉鐵等等。木材、煤炭和石油都可用作燃料，用以發電或保暖。高質量鑽石被用作首飾，而工業用鑽石則可在金屬或石頭上進行鑽孔、切割和磨光。化石燃料中的碳氫化合物能加工成塑料。聚酯纖維裂解後形成的碳纖維可以為塑料加固，產生輕盈的複合材料。碳纖維的製造原料為經拉伸過的聚丙烯腈（PAN）以及其他有機物質，其最終的晶體結構和力學屬性取決於初始原料和製作工序。由PAN做成的碳纖維結構與細長的石墨絲相似，而經過熱處理後，結構就會變成連續的一張薄片。這種纖維的拉伸比強度比鋼還要高。[90]

炭黑的應用包括：黑色顔料、印刷墨水、藝術油墨和水彩、碳式複寫紙、汽車油漆、墨和激光打印機碳粉。炭黑還可以用作橡膠和塑料的填充劑。活性炭可吸附、過濾物質，其應用範圍包括防毒面具、水淨化、廚房吸油煙機等，也可從消化系統中吸收毒物或氣體作醫學治療。碳在高溫下可以進行還原反應，如焦炭可將鐵礦石轉化為鐵金屬。鋼與碳粉末一起加熱後，可以達到表面硬化的作用。碳化矽、碳化鎢、碳化硼和碳化鈦都是超硬材料，在切割和碾磨時被用作磨料。幾乎所有衣料都由碳化合物組成，如人造紡織品和皮革等。不同形式的碳是有希望的催化剂或催化剂载体[91][92]和电极材料[93][94][95]。

鑽石

鑽石工業可基本分為寶石級和工業級鑽石的生產和加工，兩種市場的運作方式截然不同。

寶石級鑽石交易市場巨大。但與金、鉑等貴金屬不同，鑽石寶石的交易並不像日用品：其利潤幅度很高，二手市場也不大。

工業用鑽石市場主要注重鑽石的硬度和熱導率，而幾乎忽略鑽石的清澈度和顔色。因此開採出來的鑽石中，有80%（即1億卡拉、20噸）無法用作寶石，需要轉到工業用途上。[96]1950年人工鑽石被發明之後，馬上就有了工業用途，年產量共有30億卡拉（600噸）。[97]鑽石在工業中主要被用於切割、鑽孔、碾磨和磨光等，一般大小不需要太大。大部分寶石級鑽石都可以用在工業上。鑽石可以鑲嵌在鑽頭或鋸子上，或磨成粉末後進行碾磨和磨光。[98]在專門用途上，鑽石可以作高壓實驗的器材（如鑽石對頂砧）、高效軸承以及特殊窗戶等。[99][100]在人工鑽石生產技術的發展下，更多應用將在未來實現，如作為集成電路中的半導體或電子產品中的散熱片等。[101]

安全

純碳對人類的毒性很低，甚至可以以石墨或木炭的形式直接安全進食。碳可以抵抗化學侵蝕，包括消化道中的酸。因此當進入人體組織後，碳會長時間存留。炭黑有可能是第一種被用作紋身的顔料。冰人奧茨的身上有碳刺青，一直保留到他死後5200年後的今天。[102]然而，大量吸入煤灰或煤煙卻會刺激肺部，並造成煤工塵肺等阻塞性肺病。作磨料用的鑽石粉末在進食或吸入後同樣會造成危險。柴油引擎排煙中含有碳微粒，這些微粒會在肺部積聚。[103]如果進入身體的含碳物質還有其他的雜質，如有機化合物和重金屬等，就有可能會對身體造成額外的傷害。

碳對大部分地球生物來說毒性都很低，但對某些生物卻有毒。比如，碳納米微塵對果蠅屬是有毒的。[104]

碳在高溫下能在空氣中劇烈燃燒，如溫斯喬火災就是因加熱的石墨造成的。大量煤炭在無氧狀態下經過數億年後，首次被挖出時，可能會在接觸到空氣後自燃。

碳的眾多化合物中，有著多種劇毒，如河豚毒素、蓖麻毒蛋白、氰化物（ ）和一氧化碳。

碳與各元素鍵合

CH He
CLi CBe CB CC CN CO CF Ne
CNa CMg CAl CSi CP CS CCl CAr
CK CCa CSc CTi CV CCr CMn CFe CCo CNi CCu CZn CGa CGe CAs CSe CBr CKr
CRb CSr CY CZr CNb CMo CTc CRu CRh CPd CAg CCd CIn CSn CSb CTe CI CXe
CCs CBa CHf CTa CW CRe COs CIr CPt CAu CHg CTl CPb CBi CPo CAt Rn
Fr CRa Rf Db CSg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
↓
CLa CCe CPr CNd CPm CSm CEu CGd CTb CDy CHo CEr CTm CYb CLu
Ac CTh CPa CU CNp CPu CAm CCm CBk CCf CEs Fm Md No Lr
含碳的化合物
  应用广泛
  应用较多
  仅限学术研究
  尚未发现

參見

参考文献

  1. ^ . Caer.uky.edu. [2008-09-12]. （原始内容存档于2012-11-01）. 
  2. ^ 2.0 2.1 Senese, Fred. . Frostburg State University. 2007-09-09 [2007-11-24]. （原始内容存档于2007-12-07）. 
  3. ^ Lide, D. R. (编), CRC Handbook of Chemistry and Physics 86th, Boca Raton (FL): CRC Press, 2005, ISBN 0-8493-0486-5 
  4. ^ 4.0 4.1 Haaland, D. Graphite-liquid-vapor triple point pressure and the density of liquid carbon. Carbon. 1976, 14 (6): 357. doi:10.1016/0008-6223(76)90010-5. 
  5. ^ 5.0 5.1 Savvatimskiy, A. Measurements of the melting point of graphite and the properties of liquid carbon (a review for 1963–2003). Carbon. 2005, 43 (6): 1115. doi:10.1016/j.carbon.2004.12.027. 
  6. ^ (PDF). [2007-12-06]. （原始内容 (PDF)存档于2008-02-16）. 
  7. ^ (PDF). [2007-12-06]. （原始内容 (PDF)存档于2008-02-16）. 
  8. ^ Carbon: Binary compounds. [2007-12-06]. （原始内容于2007-11-25）. 
  9. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds 互联网档案馆的，存档日期2012-01-12., in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  10. ^ 10.0 10.1 10.2 10.3 10.4 Properties of diamond （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Ioffe Institute Database
  11. ^ 11.0 11.1 11.2 Carbon – Naturally occurring isotopes. WebElements Periodic Table. [2008-10-09]. （原始内容于2008-09-08）. 
  12. ^ . [2013-01-10]. （原始内容存档于2012-11-01）. 
  13. ^ 13.0 13.1 . [2008-10-09]. （原始内容存档于2008-10-05）. 
  14. ^ 14.0 14.1 Chemistry Operations. . Los Alamos National Laboratory. 2003-12-15 [2008-10-09]. （原始内容存档于2008-09-13）. 
  15. ^ Biological Abundance of Elements. The Internet Encyclopedia of Science. [2008-10-09]. （原始内容于2012-02-04）. 
  16. ^ Greenville Whittaker, A. The controversial carbon solid−liquid−vapour triple point. Nature. 1978, 276 (5689): 695–696. Bibcode:1978Natur.276..695W. doi:10.1038/276695a0. 
  17. ^ Zazula, J. M. On Graphite Transformations at High Temperature and Pressure Induced by Absorption of the LHC Beam (PDF). CERN. 1997 [2009-06-06]. （原始内容 (PDF)于2009-03-25）. 
  18. ^ Lee, C.; Wei, X.; Kysar, J. W.; Hone, J. Measurement of the Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene. Science. 2008, 321 (5887): 385–8. Bibcode:2008Sci...321..385L. PMID 18635798. doi:10.1126/science.1157996. 简明摘要. 
  19. ^ Sanderson, Bill. Toughest Stuff Known to Man : Discovery Opens Door to Space Elevator. nypost.com. 2008-08-25 [2008-10-09]. （原始内容于2008-09-06）. 
  20. ^ Irifune, Tetsuo; Kurio, Ayako; Sakamoto, Shizue; Inoue, Toru; Sumiya, Hitoshi. Materials: Ultrahard polycrystalline diamond from graphite. Nature. 2003, 421 (6923): 599–600. PMID 12571587. doi:10.1038/421599b. 
  21. ^ Dienwiebel, Martin; Verhoeven, Gertjan; Pradeep, Namboodiri; Frenken, Joost; Heimberg, Jennifer; Zandbergen, Henny. Superlubricity of Graphite (PDF). Physical Review Letters. 2004, 92 (12) [2013-07-29]. doi:10.1103/PhysRevLett.92.126101. （原始内容 (PDF)于2013-12-24）. 
  22. ^ Collins, A.T. The Optical and Electronic Properties of Semiconducting Diamond. Philosophical Transactions of the Royal Society A. 1993, 342 (1664): 233–244. Bibcode:1993RSPTA.342..233C. doi:10.1098/rsta.1993.0017. 
  23. ^ Deprez, N.; McLachan, D. S. The analysis of the electrical conductivity of graphite conductivity of graphite powders during compaction. Journal of Physics D: Applied Physics (Institute of Physics). 1988, 21 (1): 101. Bibcode:1988JPhD...21..101D. doi:10.1088/0022-3727/21/1/015. 
  24. ^ Delhaes, P. Graphite and Precursors. CRC Press. 2001. ISBN 90-5699-228-7. 
  25. ^ 25.0 25.1 25.2 Unwin, Peter. . [2007-12-08]. （原始内容存档于2007-12-01）. 
  26. ^ 26.0 26.1 Ebbesen, T. W. (编). Carbon nanotubes—preparation and properties. Boca Raton, Florida: CRC Press. 1997. ISBN 0-8493-9602-6. 
  27. ^ 27.0 27.1 Dresselhaus, M. S.; Dresselhaus, G.; Avouris, Ph. (编). Carbon nanotubes: synthesis, structures, properties and applications. Topics in Applied Physics (Berlin: Springer). 2001, 80. ISBN 3-540-41086-4. 
  28. ^ 28.0 28.1 Nasibulin, Albert G.; Pikhitsa, P.V.; Jiang, H.; Brown, D. P.; Krasheninnikov, A.V.; Anisimov, A. S.; Queipo, P.; Moisala, A.; et al. A novel hybrid carbon material. Nature Nanotechnology. 2007, 2 (3): 156–161. Bibcode:2007NatNa...2..156N. PMID 18654245. doi:10.1038/nnano.2007.37. 
  29. ^ Nasibulin, A; Anisimov, Anton S.; Pikhitsa, Peter V.; Jiang, Hua; Brown, David P.; Choi, Mansoo; Kauppinen, Esko I. Investigations of NanoBud formation. Chemical Physics Letters. 2007, 446: 109–114. Bibcode:2007CPL...446..109N. doi:10.1016/j.cplett.2007.08.050. 
  30. ^ Vieira, R; Ledoux, Marc-Jacques; Pham-Huu, Cuong. Synthesis and characterisation of carbon nanofibers with macroscopic shaping formed by catalytic decomposition of C2H6/H2 over nickel catalyst. Applied Catalysis A. 2004, 274: 1–8. doi:10.1016/j.apcata.2004.04.008. 
  31. ^ 31.0 31.1 Clifford, Frondel; Marvin, Ursula B. Lonsdaleite, a new hexagonal polymorph of diamond. Nature. 1967, 214 (5088): 587–589. Bibcode:1967Natur.214..587F. doi:10.1038/214587a0. 
  32. ^ 32.0 32.1 32.2 Harris, PJF. (PDF). Philosophical Magazine. 2004, 84 (29): 3159–3167. Bibcode:2004PMag...84.3159H. doi:10.1080/14786430410001720363. （原始内容 (PDF)存档于2012-03-19）. 
  33. ^ Rode, A. V.; Hyde, S. T.; Gamaly, E. G.; Elliman, R. G.; McKenzie, D. R.; Bulcock, S. Structural analysis of a carbon foam formed by high pulse-rate laser ablation. Applied Physics A-Materials Science & Processing. 1999, 69 (7): S755–S758. doi:10.1007/s003390051522. 
  34. ^ 34.0 34.1 34.2 Heimann, Robert Bertram; Evsyukov, Sergey E. and Kavan, Ladislav. Carbyne and carbynoid structures. Springer. 1999-02-28: 1– [2011-06-06]. ISBN 978-0-7923-5323-2. （原始内容于2012-11-23）. 
  35. ^ Jenkins, Edgar. The polymorphism of elements and compounds. Taylor & Francis. 1973: 30 [2011-05-01]. ISBN 0-423-87500-0. （原始内容于2012-11-23）. 
  36. ^ Schewe, Phil and Stein, Ben. Carbon Nanofoam is the World's First Pure Carbon Magnet. Physics News Update. 2004-03-26, 678 (1) [2013-07-29]. （原始内容于2012-03-07）. 
  37. ^ Itzhaki, Lior; Altus, Eli; Basch, Harold; Hoz, Shmaryahu. Harder than Diamond: Determining the Cro]tional Area and Young's Modulus of Molecular Rods. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44 (45): 7432–5. PMID 16240306. doi:10.1002/ange.200502448. 
  38. ^ Mark, Kathleen. Meteorite Craters. University of Arizona Press. 1987. ISBN 0-8165-0902-6. 
  39. ^ "Wonderfuel: Welcome to the age of unconventional gas" （页面存档备份，存于互联网档案馆） by Helen Knight, New Scientist, 12 June 2010, pp. 44–7.
  40. ^ Ocean methane stocks 'overstated' （页面存档备份，存于互联网档案馆）, BBC, 17 Feb. 2004.
  41. ^ "Ice on fire: The next fossil fuel" （页面存档备份，存于互联网档案馆） by Fred Pearce, New Scientist, 27 June 2009, pp. 30-33.
  42. ^ Calculated from file global.1751_2008.csv in [1] （页面存档备份，存于互联网档案馆） from the Carbon Dioxide Information Analysis Center.
  43. ^ Kasting, James. The Carbon Cycle, Climate, and the Long-Term Effects of Fossil Fuel Burning. Consequences: the Nature and Implication of Environmental Change. 1998, 4 (1) [2013-07-29]. （原始内容于2008-10-24）. 
  44. ^ Carbon-14 formation. [2013-07-29]. （原始内容于2015-08-01）. 
  45. ^ Gannes, Leonard Z.; Del Rio, Carlos Martı́nez; Koch, Paul. Natural Abundance Variations in Stable Isotopes and their Potential Uses in Animal Physiological Ecology. Comparative Biochemistry and Physiology – Part A: Molecular & Integrative Physiology. 1998, 119 (3): 725–737. doi:10.1016/S1095-6433(98)01016-2. 
  46. ^ Official SI Unit definitions. [2007-12-21]. （原始内容于2007-10-14）. 
  47. ^ Brown, Tom. Carbon Goes Full Circle in the Amazon. Lawrence Livermore National Laboratory. 2006-03-01 [2007-11-25]. （原始内容于2008-09-22）. 
  48. ^ Bowman, S. Interpreting the past: Radiocarbon dating. British Museum Press. 1990. ISBN 0-7141-2047-2. 
  49. ^ Libby, W. F. Radiocarbon dating. Chicago University Press and references therein. 1952. 
  50. ^ Westgren, A. The Nobel Prize in Chemistry 1960. Nobel Foundation. 1960 [2007-11-25]. （原始内容于2007-10-25）. 
  51. ^ Use query for carbon-8. barwinski.net. [2007-12-21]. （原始内容于2005-02-07）. 
  52. ^ Watson, A. Beaming Into the Dark Corners of the Nuclear Kitchen. Science. 1999, 286 (5437): 28–31 [2013-07-29]. doi:10.1126/science.286.5437.28. （原始内容于2020-06-12）. 
  53. ^ Audi, G; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra, A.H. (PDF). Nuclear Physics A. 1997, 624: 1. Bibcode:1997NuPhA.624....1A. doi:10.1016/S0375-9474(97)00482-X. （原始内容 (PDF)存档于2011-09-28）. 
  54. ^ Ostlie, D.A. and Carroll, B.W. An Introduction to Modern Stellar Astrophysics. Addison Wesley, San Francisco. 2007. ISBN 0-8053-0348-0. 
  55. ^ Whittet, D. C. B. Dust in the Galactic Environment. CRC Press. 2003: 45–46. ISBN 0-7503-0624-6. 
  56. ^ Pikelʹner, Solomon Borisovich. Star formation. Springer. 1977: 38– [2011-06-06]. ISBN 978-90-277-0796-3. （原始内容于2012-11-23）. 
  57. ^ Falkowski, P; Scholes, RJ; Boyle, E; Canadell, J; Canfield, D; Elser, J; Gruber, N; Hibbard, K; et al. The Global Carbon Cycle: A Test of Our Knowledge of Earth as a System. Science. 2000, 290 (5490): 291–296. Bibcode:2000Sci...290..291F. PMID 11030643. doi:10.1126/science.290.5490.291. 
  58. ^ Smith, T. M.; Cramer, W. P.; Dixon, R. K.; Leemans, R.; Neilson, R. P.; Solomon, A. M. The global terrestrial carbon cycle. Water, Air, & Soil Pollution. 1993, 70: 19–37. doi:10.1007/BF01104986. 
  59. ^ Levine, Joel S.; Augustsson, Tommy R.; Natarajan, Murali. The prebiological paleoatmosphere: stability and composition. Origins of Life and Evolution of Biospheres. 1982, 12 (3): 245–259. Bibcode:1982OrLi...12..245L. doi:10.1007/BF00926894. 
  60. ^ Loerting, T.; et al. On the Surprising Kinetic Stability of Carbonic Acid. Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 39 (5): 891–895. PMID 10760883. doi:10.1002/(SICI)1521-3773(20000303)39:5<891::AID-ANIE891>3.0.CO;2-E. 
  61. ^ Haldane J. The action of carbonic oxide on man. Journal of Physiology. 1895, 18 (5–6): 430–462. PMC 1514663  . PMID 16992272. 
  62. ^ Gorman, D.; Drewry, A.; Huang, Y. L.; Sames, C. The clinical toxicology of carbon monoxide. Toxicology. 2003, 187 (1): 25–38. PMID 12679050. doi:10.1016/S0300-483X(03)00005-2. 
  63. ^ Compounds of carbon: carbon suboxide. [2007-12-03]. （原始内容于2007-12-07）. 
  64. ^ Bayes, K. Photolysis of Carbon Suboxide. Journal of the American Chemical Society. 1961, 83 (17): 3712–3713. doi:10.1021/ja01478a033. 
  65. ^ Anderson D. J.; Rosenfeld, R. N. Photodissociation of Carbon Suboxide. Journal of Chemical Physics. 1991, 94 (12): 7852–7867. Bibcode:1991JChPh..94.7857A. doi:10.1063/1.460121. 
  66. ^ Sabin, J. R.; Kim, H. A theoretical study of the structure and properties of carbon trioxide. Chemical Physics Letters. 1971, 11 (5): 593–597. Bibcode:1971CPL....11..593S. doi:10.1016/0009-2614(71)87010-0. 
  67. ^ Moll N. G., Clutter D. R., Thompson W. E. Carbon Trioxide: Its Production, Infrared Spectrum, and Structure Studied in a Matrix of Solid CO2. Journal of Chemical Physics. 1966, 45 (12): 4469–4481. Bibcode:1966JChPh..45.4469M. doi:10.1063/1.1727526. 
  68. ^ 68.0 68.1 Fatiadi, Alexander J.; Isbell, Horace S.; Sager, William F. (PDF). Journal of Research of the National Bureau of Standards A: Physics and Chemistry. 1963, 67A (2): 153–162. doi:10.6028/jres.067A.015. （原始内容 (PDF)存档于2009年3月25日）. 
  69. ^ Pauling, L. The Nature of the Chemical Bond 3rd. Ithaca, NY: Cornell University Press. 1960: 93. ISBN 0-8014-0333-2. 
  70. ^ Wright, David. Translating Science: The Transmission of Western Chemistry into Late Imperial China, 1840–1900. 2000. ISBN 978-9004117761. 
  71. ^ Shorter Oxford English Dictionary, Oxford University Press
  72. ^ Chinese made first use of diamond. BBC News. 2005-05-17 [2007-03-21]. （原始内容于2007-03-20）. 
  73. ^ van der Krogt, Peter. Carbonium/Carbon at Elementymology & Elements Multidict. [2010-01-06]. （原始内容于2010-01-23）. 
  74. ^ Ferchault de Réaumur, R-A. L'art de convertir le fer forgé en acier, et l'art d'adoucir le fer fondu, ou de faire des ouvrages de fer fondu aussi finis que le fer forgé (English translation from 1956). Paris, Chicago. 1722. 
  75. ^ . Canada Connects. [2010-12-07]. （原始内容存档于2010-10-27）. 
  76. ^ Senese, Fred. . Frostburg State University. [2007-11-24]. （原始内容存档于2007-12-07）. 
  77. ^ Giolitti, Federico. The Cementation of Iron and Steel. McGraw-Hill Book Company, inc. 1914. 
  78. ^ Kroto, H. W.; Heath, J. R.; O'Brien, S. C.; Curl, R. F.; Smalley, R. E. C60: Buckminsterfullerene. Nature. 1985, 318 (6042): 162–163. Bibcode:1985Natur.318..162K. doi:10.1038/318162a0. 
  79. ^ The Nobel Prize in Chemistry 1996 "for their discovery of fullerenes". [2007-12-21]. （原始内容存档于2013-06-22）. 
  80. ^ 80.0 80.1 80.2 USGS Minerals Yearbook: Graphite, 2009 （页面存档备份，存于互联网档案馆） and Graphite: Mineral Commodity Summaries 2011
  81. ^ Harlow, G. E. The nature of diamonds. Cambridge University Press. 1998: 223. ISBN 0-521-62935-7. 
  82. ^ Catelle, W.R. The Diamond. John Lane Company. 1911.  Page 159 discussion on Alluvial diamonds in India and elsewhere as well as earliest finds
  83. ^ Ball, V. Diamonds, Gold and Coal of India. London, Truebner & Co. 1881.  Ball was a Geologist in British service. Chapter I, Page 1
  84. ^ Hershey, J. W. The Book Of Diamonds: Their Curious Lore, Properties, Tests And Synthetic Manufacture. Kessinger Pub Co. 1940: 28. ISBN 1-4179-7715-9. 
  85. ^ Janse, A. J. A. Global Rough Diamond Production Since 1870. Gems and Gemology (GIA). 2007, XLIII (Summer 2007): 98–119. doi:10.5741/GEMS.43.2.98. 
  86. ^ 86.0 86.1 Lorenz, V. Argyle in Western Australia: The world's richest diamantiferous pipe; its past and future. Gemmologie, Zeitschrift der Deutschen Gemmologischen Gesellschaft (DGemG). 2007, 56 (1/2): 35–40. 
  87. ^ . The Montana Standard. 2004-10-17 [2008-10-10]. （原始内容存档于2005-01-21）. 
  88. ^ Marshall, Stephen; Shore, Josh. . Guerrilla News Network. 2004-10-22 [2008-10-10]. （原始内容存档于2008-06-09）. 
  89. ^ 存档副本 (PDF). [2020-08-20]. （原始内容 (PDF)于2020-08-20）. 
  90. ^ Cantwell, W. J.; Morton, J. The impact resistance of composite materials – a review. Composites. 1991, 22 (5): 347–62. doi:10.1016/0010-4361(91)90549-V. 
  91. ^ Prekob, Ádám; Hajdu, Viktória; Muránszky, Gábor; Kocserha, István; Fiser, Béla; Viskolcz, Béla; Vanyorek, László. Application of carbonized ion exchange resin beads as catalyst support for gas phase hydrogenation processes. Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis (Springer Science and Business Media LLC). 2019-11-02, 129 (1): 85–94. ISSN 1878-5190. doi:10.1007/s11144-019-01694-7. 
  92. ^ Sikora, Emőke; Kiss, Adrienn; H. Göndör, Zsuzsa; Pekker, Péter; Kristály, Ferenc; Szőri, Milán; Rágyanszki, Anita; Viskolcz, Béla; Fiser, Béla; Vanyorek, László. Fine-tuning the catalytic activity by applying nitrogen-doped carbon nanotubes as catalyst supports for the hydrogenation of olefins. Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis (Springer Science and Business Media LLC). 2019-12-14, 129 (1): 95–106. ISSN 1878-5190. doi:10.1007/s11144-019-01705-7. 
  93. ^ Pangotra, Dhananjai; Csepei, Lénárd-István; Roth, Arne; Ponce de León, Carlos; Sieber, Volker; Vieira, Luciana. Anodic production of hydrogen peroxide using commercial carbon materials. Applied Catalysis B: Environmental (Elsevier BV). 2022, 303: 120848. ISSN 0926-3373. doi:10.1016/j.apcatb.2021.120848. 
  94. ^ Perry, Samuel C.; Pangotra, Dhananjai; Vieira, Luciana; Csepei, Lénárd-István; Sieber, Volker; Wang, Ling; Ponce de León, Carlos; Walsh, Frank C. Electrochemical synthesis of hydrogen peroxide from water and oxygen. Nature Reviews Chemistry (Springer Science and Business Media LLC). 2019-06-19, 3 (7): 442–458. ISSN 2397-3358. doi:10.1038/s41570-019-0110-6. 
  95. ^ Duan, Weijian; Li, Ge; Lei, Zhenchao; Zhu, Tonghe; Xue, Yuzhou; Wei, Chaohai; Feng, Chunhua. Highly active and durable carbon electrocatalyst for nitrate reduction reaction. Water Research (Elsevier BV). 2019, 161: 126–135. ISSN 0043-1354. doi:10.1016/j.watres.2019.05.104. 
  96. ^ Holtzapffel, Ch. Turning And Mechanical Manipulation. Charles Holtzapffel. 1856 [2013-07-29]. （原始内容于2013-06-20）.  Internet Archive （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  97. ^ Industrial Diamonds Statistics and Information. United States Geological Survey. [2009-05-05]. （原始内容于2009-05-06）. 
  98. ^ Coelho, R. T.; Yamada, S.; Aspinwall, D.K.; Wise, M.L.H. The application of polycrystalline diamond (PCD) tool materials when drilling and reaming aluminum-based alloys including MMC. International journal of machine tools & manufacture. 1995, 35 (5): 761. doi:10.1016/0890-6955(95)93044-7. 
  99. ^ Harris, D. C. Materials for infrared windows and domes: properties and performance. SPIE Press. 1999: 303–334. ISBN 0-8194-3482-5. 
  100. ^ Nusinovich, G. S. Introduction to the physics of gyrotrons. JHU Press. 2004: 229. ISBN 0-8018-7921-3. 
  101. ^ Sakamoto, M.; Endriz, J. G.; Scifres, D. R. 120 W CW output power from monolithic AlGaAs (800 nm) laser diode array mounted on diamond heatsink. Electronics Letters. 1992, 28 (2): 197–199. doi:10.1049/el:19920123. 
  102. ^ Dorfer, Leopold; Moser, M; Spindler, K; Bahr, F; Egarter-Vigl, E; Dohr, G. 5200-year old acupuncture in Central Europe?. Science. 1998, 282 (5387): 242–243. Bibcode:1998Sci...282..239D. PMID 9841386. doi:10.1126/science.282.5387.239f. 
  103. ^ Donaldson, K; Stone, V; Clouter, A; Renwick, L; MacNee, W. Ultrafine particles. Occupational and Environmental Medicine. 2001, 58 (3): 211–216 [2013-07-29]. PMC 1740105  . PMID 11171936. doi:10.1136/oem.58.3.211. （原始内容于2009-05-01）. 
  104. ^ Carbon Nanoparticles Toxic To Adult Fruit Flies But Benign To Young （页面存档备份，存于互联网档案馆） ScienceDaily (Aug. 17, 2009)

外部連結

  • 元素碳在洛斯阿拉莫斯国家实验室的介紹（英文）
  • EnvironmentalChemistry.com —— 碳（英文）
  • 元素碳在The Periodic Table of Videos（諾丁漢大學）的介紹（英文）
  • 元素碳在Peter van der Krogt elements site的介紹（英文）
  • WebElements.com – 碳（英文）
  • Carbon （页面存档备份，存于互联网档案馆） at The Periodic Table of Videos（諾丁漢大學）
  • 大英百科全書：碳 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  • 碳在電化學中的應用

二月 25, 2023
提示, 此条目的主题不是炭, carbon, 重定向至此, 关于同名的程式語言, 请见, carbon, 編程語言, 拼音, tàn, 注音, ㄊㄢˋ, 英語, carbon, 拉丁語, carbonium, 意為, 煤炭, 是一種化學元素, 化學符號为c, 原子序數为6, 原子量為7001120110000000000, 位於元素週期表中的iv, a族, 屬於非金屬, 每個原子有四顆能夠進行鍵合的電子, 因此其化合價通常為4, 自然產生的由三種同位素組成, 12c和13c為穩定同位素, 而14c則具放射性, 其半. 提示 此条目的主题不是炭 Carbon 重定向至此 关于同名的程式語言 请见 Carbon 編程語言 碳 拼音 tan 注音 ㄊㄢˋ 英語 Carbon 拉丁語 Carbonium 意為 煤炭 是一種化學元素 化學符號为C 原子序數为6 原子量為7001120110000000000 12 011 u 位於元素週期表中的IV A族 屬於非金屬 每個碳原子有四顆能夠進行鍵合的電子 因此其化合價通常為4 自然產生的碳由三種同位素組成 12C和13C為穩定同位素 而14C則具放射性 其半衰期約為5730年 11 碳是少數幾個自遠古就被發現的元素之一 見化學元素發現年表 12 碳 6C氫 非金屬 氦 惰性氣體 鋰 鹼金屬 鈹 鹼土金屬 硼 類金屬 碳 非金屬 氮 非金屬 氧 非金屬 氟 鹵素 氖 惰性氣體 鈉 鹼金屬 鎂 鹼土金屬 鋁 貧金屬 矽 類金屬 磷 非金屬 硫 非金屬 氯 鹵素 氬 惰性氣體 鉀 鹼金屬 鈣 鹼土金屬 鈧 過渡金屬 鈦 過渡金屬 釩 過渡金屬 鉻 過渡金屬 錳 過渡金屬 鐵 過渡金屬 鈷 過渡金屬 鎳 過渡金屬 銅 過渡金屬 鋅 過渡金屬 鎵 貧金屬 鍺 類金屬 砷 類金屬 硒 非金屬 溴 鹵素 氪 惰性氣體 銣 鹼金屬 鍶 鹼土金屬 釔 過渡金屬 鋯 過渡金屬 鈮 過渡金屬 鉬 過渡金屬 鎝 過渡金屬 釕 過渡金屬 銠 過渡金屬 鈀 過渡金屬 銀 過渡金屬 鎘 過渡金屬 銦 貧金屬 錫 貧金屬 銻 類金屬 碲 類金屬 碘 鹵素 氙 惰性氣體 銫 鹼金屬 鋇 鹼土金屬 鑭 鑭系元素 鈰 鑭系元素 鐠 鑭系元素 釹 鑭系元素 鉕 鑭系元素 釤 鑭系元素 銪 鑭系元素 釓 鑭系元素 鋱 鑭系元素 鏑 鑭系元素 鈥 鑭系元素 鉺 鑭系元素 銩 鑭系元素 鐿 鑭系元素 鎦 鑭系元素 鉿 過渡金屬 鉭 過渡金屬 鎢 過渡金屬 錸 過渡金屬 鋨 過渡金屬 銥 過渡金屬 鉑 過渡金屬 金 過渡金屬 汞 過渡金屬 鉈 貧金屬 鉛 貧金屬 鉍 貧金屬 釙 貧金屬 砈 類金屬 氡 惰性氣體 鍅 鹼金屬 鐳 鹼土金屬 錒 錒系元素 釷 錒系元素 鏷 錒系元素 鈾 錒系元素 錼 錒系元素 鈽 錒系元素 鋂 錒系元素 鋦 錒系元素 鉳 錒系元素 鉲 錒系元素 鑀 錒系元素 鐨 錒系元素 鍆 錒系元素 鍩 錒系元素 鐒 錒系元素 鑪 過渡金屬 𨧀 過渡金屬 𨭎 過渡金屬 𨨏 過渡金屬 𨭆 過渡金屬 䥑 預測為過渡金屬 鐽 預測為過渡金屬 錀 預測為過渡金屬 鎶 過渡金屬 鉨 預測為貧金屬 鈇 貧金屬 鏌 預測為貧金屬 鉝 預測為貧金屬 鿬 預測為鹵素 鿫 預測為惰性氣體 碳 矽硼 碳 氮外觀透明 鑽石 或黑色 石墨 鑽石 左 和石墨 右 是碳最常見的兩種同素異形體 碳的光譜線概況名稱 符號 序數碳 Carbon C 6元素類別非金屬族 週期 區14 2 p標準原子質量12 011 1 电子排布 He 2s2 2p22 4歷史發現古埃及人和蘇美人 1 公元前3750年 確認為化學元素安東萬 拉瓦節 2 1789年 物理性質物態固體密度 接近室温 無定形 3 1 8 2 1 g cm 3密度 接近室温 鑽石 3 515 g cm 3密度 接近室温 石墨 2 267 g cm 3昇華點3915 K 3642 C 6588 F三相点4600 K 4327 C 10800 4 5 kPa熔化热117 石墨 kJ mol 1比熱容6 155 鑽石 8 517 石墨 J mol 1 K 1蒸氣壓原子性質氧化态4 3 6 2 1 7 0 1 2 3 4 8 电负性2 55 鲍林标度 电离能第一 1086 5 kJ mol 1第二 2352 6 kJ mol 1 第三 4620 5 kJ mol 1 更多 共价半径77 sp 73 sp 69 sp pm范德华半径170 pm雜項晶体结构钻石 鑽石 透明 六方 石墨 黑色 磁序反磁性 9 熱導率900 2300 鑽石 119 165 石墨 W m 1 K 1膨脹係數 25 C 0 8 鑽石 10 µm m 1 K 1聲速 細棒 20 C 18350 鑽石 m s 1杨氏模量1050 鑽石 10 GPa剪切模量478 鑽石 10 GPa体积模量442 鑽石 10 GPa泊松比0 1 鑽石 10 莫氏硬度10 鑽石 1 2 石墨 CAS号7440 44 0最穩定同位素主条目 碳的同位素同位素 丰度 半衰期 t1 2 衰變方式 能量 MeV 產物11C 人造 20分鐘 b 0 96 11B12C 98 9 穩定 帶6粒中子13C 1 1 穩定 帶7粒中子14C 痕量 5730年 b 0 15 0 14N碳的同素異形體有數種 最常見的包括 石墨 鑽石及無定形碳 13 這些同素異形體之間的物理性質 包括外表 硬度 電導率等等 都具有極大的差異 在正常條件下 鑽石 碳納米管和石墨烯的熱導率是已知材質中最高的 所有碳的同素異形體在一般條件下都呈固态 其中石墨的熱力學穩定性最高 它們不易受化學侵蝕 甚至連氧都要在高溫下才可與其反應 碳在無機化合物中最常見的氧化態為 4 並在一氧化碳及過渡金屬羰基配合物中呈 2態 無機碳主要來自石灰石 白雲石和二氧化碳 但也大量出現在煤 泥炭 石油和甲烷水合物等有機礦藏中 碳是所有元素中化合物种类最多的 目前有近一千萬種已記錄的純有機化合物 但這只是理論上可以存在的化合物中的冰山一角 14 碳的豐度在地球地殼中排列第15 见地球的地殼元素豐度列表 並在全宇宙中排列第4 见化學元素豐度 名列氫 氦和氧之下 由於碳元素極為充沛 再加上它在地球環境下所能產生的聚合物種類極為繁多 因此碳是地球上所有生物的化學根本 15 目录 1 特性 1 1 同素異形體 1 2 存量 1 3 同位素 1 4 星體內部核合成 1 5 碳循環 2 化合物 2 1 有機化合物 2 2 無機化合物 2 3 金屬有機化合物 3 歷史 4 生產 4 1 石墨 4 2 鑽石 5 應用 5 1 鑽石 6 安全 7 碳與各元素鍵合 8 參見 9 参考文献 10 外部連結特性 编辑 經理論推測的碳相圖 碳的各種同素異形體的物理特性差異極大 例如鑽石是最堅硬的天然物質 而石墨則是最柔軟的物質之一 碳可以和眾多較小原子 包括碳原子 產生多個共價鍵 因此碳化合物的總數是各個元素中最高的 已发现的有近一千萬種 佔所有已知化合物的絕大多數 14 碳的昇華點是所有元素中最高的 在標準大氣壓下 碳沒有熔點 因為它的三相點位於10 8 0 2 displaystyle 10 8 pm 0 2 MPa 4600 300 displaystyle 4600 pm 300 K 約4 330 C 4 5 而是會在3 900K左右昇華 16 17 因此所有碳同素異形體的固體溫度上限比熔點最高的金屬還要高 如鎢和釕 雖然碳能夠進行氧化反應 但它的耐氧化性比鐵和銅等元素都強 碳化合物是地球上所有生物的化學基礎 碳氮氧循環反應是太陽以及其他恒星內部部分能量的來源 雖然碳擁有上千萬種化合物 但碳在一般條件下的化學性質並不活躍 在標準溫度和壓力下 碳能夠抵抗幾乎所有的氧化劑 並只會與最強的氧化劑反應 無論是硫酸 盐酸 氯還是任何鹼 都無法侵蝕碳 在高溫条件下 碳會和氧反應形成碳氧化物 CO CO 2 displaystyle ce CO2 也會把金屬氧化物還原為純金屬 例如将氧化鐵还原为游离态铁 這一放熱反應應用於鋼鐵工業中 用以控制鋼鐵的碳含量 Fe 3 O 4 4 C 3 Fe 4 CO displaystyle ce Fe3O4 4C gt 3Fe 4CO 碳能和某些金屬在高溫下形成碳化物 如鋼鐵中的Fe3 C及用作製造堅硬鑽頭磨料的碳化鎢等 截至2009年 石墨烯是所有已知物質中最堅固的 18 然而從石墨中分離出石墨烯的過程需要更進一步的完善才能在工業中應用 19 碳的各種同素異形體有著兩極化的異常特性 人造鑽石納米晶體是最堅硬的物質 20 石墨是最柔軟的物質之一 鑽石是極佳的磨料 石墨是極佳的潤滑劑 甚至具超潤滑性 21 鑽石是高絕緣體 22 石墨是高導電體 23 鑽石是導熱率最高的物質之一 石墨可用作熱絕緣體 鑽石透明 石墨為不透明黑色 鑽石晶體結構屬於立方晶系 石墨晶體結構屬於六方晶系 24 無定形碳具各向同性 碳納米管是各向異性最強的物質之一 同素異形體 编辑 主条目 碳的同素異形體 單原子碳 英语 Atomic carbon 的存活時間極短 因此碳一般以多原子形態穩定存在 這些碳原子的不同排布方式稱為同素異形體 最常見的三種碳同素異形體為無定形碳 石墨及鑽石 富勒烯曾經是新發現的奇異物質 但今天已大量生產 受到了科學家的深入研究 富勒烯共包括巴基球 25 26 碳納米管 27 碳納米芽 28 及碳納米纖維等 29 30 其他同素異形體還有 藍絲黛爾石 31 玻璃碳 32 碳納米泡沫 33 及直鏈乙炔碳等等 34 双层 石墨的旋转视图 C60的旋转视图 碳的無定形體是碳原子以非晶體形式不規則排列時形成的玻璃態物質 也就是不具備宏觀晶體結構的石墨 無定形碳呈粉末狀 是煤炭 煤煙 炭黑 及活性炭的主要成份 在正常壓力下 碳以石墨的形式存在 其中每個碳原子都和另外三個碳原子鍵合 形成平面六邊形環平鋪結構 35 這一種網狀平面結構能夠層疊起來 每層間有弱范德華力 因此石墨性質柔軟 也可作潤滑劑 因為層與層間能輕易平行滑動 由於石墨中每個碳原子都有一顆外層離域電子 共同形成遍佈整個平面的p 雲 所以電能順著石墨的每個共價鍵合平面上傳導 因此碳的整體電導率低於大部分金屬 由於含有離域電子 因此在標準條件下石墨比鑽石更加穩定 碳的一些同素異形體結構 鑽石 a 石墨 b 藍絲黛爾石 c 富勒烯 C60 d C540 e C70 f 無定形碳 g 碳納米管 h 在極高壓力下 碳會形成原子排布更緊密的鑽石 其密度幾乎為石墨的兩倍 鑽石中的每個碳原子以四面體狀與另外四個碳原子鍵合 形成一個三維密鋪網狀結構 鑽石晶體屬立方晶系與矽和鍺相同 由於碳 碳共價鍵非常強 因此鑽石是最抗刮損的天然材質 雖然民間有 鑽石是永恆的 一說 但實際上鑽石在標準環境下並不具備熱力學穩定性 而且會轉變為石墨 13 然而由於轉變需要較高的活化能 所以該過程極為緩慢 肉眼無法觀察 碳在某些情況下會結晶成藍絲黛爾石 這一形態為六方晶體 所有碳原子間都以共價鍵鍵合 因此藍絲黛爾石與鑽石特性相近 31 富勒烯的結構與石墨相似 但除了六角碳原子環以外 它還含有五角環和七角環 這些環鑲嵌成平面 卷縮成球體 橢球體和圓柱體等形狀 各種富勒烯 包括巴基球 碳納米管和碳納米芽 的特性仍尚待研究 屬於納米材料科學的範疇 富勒烯 Fullerene 和 巴基球 Buckyball 是以推廣網格球頂作為建築結構的建築師巴克敏斯特 富勒 Buckminster Fuller 命名的 而網格球頂與富勒烯的幾何結構相似 巴基球是較大的純碳單質分子 每個碳原子與三個碳原子鍵合 形成橢球體 最簡單的一種為足球形的C 60 displaystyle ce C60 亦即巴克敏斯特富勒烯 25 碳納米管則是碳原子六角形密鋪平面所卷縮而成的管狀 圓柱體 分子 26 27 2007年 科學家首次宣佈發現碳納米芽 一種巴基球和碳納米管的混合體 巴基球鍵合在碳納米管壁上 碳納米芽同時具有巴基球和碳納米管的屬性 28 其他同素異形體還有碳納米泡沫 發現於1997年 具鐵磁性 碳納米泡沫由眾多碳原子低密度聚集而成 每個原子與三個碳原子鍵合 形成由六角或七角環串聯而成的鬆散三維網格 它是已知最輕的固體之一 密度約為2kg m3 36 同樣 玻璃碳也含有大量的內部氣孔 32 但與普通石墨不同 其每一層並不平行層疊 而是以相對隨機的方式排布 直鏈乙炔碳 34 的化學結構為 C C n displaystyle ce C C n 34 這一分子呈直鏈型 具有sp混成軌域 是一種在三鍵和單鍵之間交替的聚合物 其楊氏模量是世 因此在納米科技中有相當的研究空間 37 存量 编辑 石墨礦石 原始鑽石晶體 1990年海面水溶無機碳存量 取自全球海洋數據分析計劃 碳在全宇宙各元素中總質量排列第四 位於氫 氦和氧之後 碳大量存在於彗星 大部分行星大氣層 太陽以及其他恒星中 一些隕石含有太陽系還處於原行星盤時所遺留下來的微鑽石 隕石撞擊時的巨大溫度和壓力也會在撞擊坑處形成微鑽石 38 碳與氧結合成二氧化碳 大量存在於地球大氣中 當中約有8100億噸碳 並溶解在所有水體中 約有36萬億噸碳 整個生物圈共含有約1 9萬億噸碳 碳氫化合物 如煤 石油和天然氣 同樣含有碳 煤礦儲備共有約9000億噸碳 石油儲備有約1500億噸碳 而天然氣則有約1050億噸碳 但仍不包括頁岩氣等非常規天然氣源 含有5400億噸碳 39 碳也封存在地球兩極和海底的甲烷水合物中 碳含量估計共有5千億至2萬5千億噸 40 另有研究估計含量為3萬億噸 41 過去的碳氫化合物含量比今天要多 從1751年至2008年有大約3470億噸碳在化石燃料燃燒過程中以二氧化碳的形式釋放到大氣層中 42 碳酸鹽岩石 石灰石 白雲石 大理石等等 中含有大量的碳 最大的碳礦石來源是煤 佔化石燃料的80 43 若以個別同素異形體計算 則石墨主要位於美國 以紐約州及德克薩斯州為主 俄羅斯 墨西哥 格陵蘭和印度 天然鑽石主要出現在古火山的 頸部管道 部分的金伯利岩內 大部分鑽石礦藏都位於非洲 其中以南非 納米比亞 博茨瓦納 剛果共和國及塞拉里昂居多 其他礦藏地點包括美國阿肯色州 加拿大 俄羅斯北極圈內 巴西以及西澳洲 好望角對出的洋底也有進行鑽石的開採 雖然自然界中存在著不少鑽石 但是在美國有30 的工業用鑽石都是人工合成的 宇宙射線會在海拔9至15公里的對流層和平流層處產生碳 14 44 這一反應中 熱中子撞擊氮 14原子核 形成碳 14原子核及一顆質子 同位素 编辑 主条目 碳的同位素 所有碳同位素的原子都有6顆質子 但中子數各異 從2到16顆不等 碳有兩個自然存在的穩定同位素 11 碳 12 C 12 displaystyle ce 12C 佔地球上碳的98 93 而碳 13 C 13 displaystyle ce 13C 則佔剩餘的1 07 11 生物體中C 12 displaystyle ce 12C 同位素的比率更高 因為生物化學反應會選擇性地消除C 13 displaystyle ce 13C 45 1961年 國際純粹與應用化學聯合會 IUPAC 決定以碳 12同位素作為原子量單位的定義標準 46 核磁共振所探測的就是C 13 displaystyle ce 13C 碳 14 C 14 displaystyle ce 14C 是自然產生的放射性同位素 在地球上的豐度為一萬億分之一 0 0000000001 主要存在於大氣層和地表礦藏中 如泥炭及其他有機物質等 47 碳 14以0 158 MeV能量進行b 衰變 由於半衰期只有5730年 所以該同位素在古老岩石中幾乎絕跡 但會在大氣高層 低平流層及高對流層 中經宇宙射線和氮間的反應而不斷產生 48 14C在大氣層及生物體中的豐度幾乎守恆 但在生物體死亡後有規律地衰減 這就是放射性碳定年法的原理 該定年法可測量年齡在4萬年以下的含碳物質 49 50 碳有15種已知同位素 其中存活時間最短的是C 8 displaystyle ce 8C 它會進行質子發射和a衰變 半衰期為1 98739x10 21秒 51 同位素C 19 displaystyle ce 19C 有核暈效應 即其半徑比密度均勻的正常球體原子核高得多 52 星體內部核合成 编辑 主条目 3氦過程和碳氮氧循環 碳原子核的合成需要在巨星或超巨星內部 通過3顆a粒子 氦原子核 幾乎同時互相撞擊而形成 稱為3氦過程 進一步與氫或氦融合後分別產生的鋰 5和鈹 8都很不穩定 因此會迅速衰變回較小的原子核 53 這種情況下的溫度達到1億開爾文 所需的氦濃度極高 大爆炸後的宇宙迅速膨脹 冷卻 因此大爆炸沒有產生大量的碳元素 赫羅圖中的水平分支恒星則具備3氦過程的所需條件 可以大量生成碳 54 超新星爆炸再將這些恒星內部的碳散佈到太空中 這些含碳的塵埃聚合形成第二代 第三代恒星及其行星 太陽系屬於第三代恒星系統 因此地球生物所賴以為生的碳元素 最初也是在巨大恒星的內部合成的 55 另外 通過碳氮氧循環過程 碳作為聚變反應的催化劑 為恒星提供了絕大部分的能量 亞毫米波天文學能夠探測到含不同碳同位素的一氧化碳間的循環轉換 CO 12 displaystyle ce 12CO CO 13 displaystyle ce 13CO 及C 18 O displaystyle ce C 18O 這可用於研究分子雲中剛剛形成的恒星 56 碳循環 编辑 主条目 碳循環 碳循環示意圖 黑色數字表示各種碳礦藏儲備 紫色數字表示各種儲備間碳的轉移 以十億噸碳每年為單位 GtC 圖中的沉澱物數字不包括約7000萬GtC的碳酸鹽岩石和油母質 在地球上並不容易發生元素間的轉變 因此地球上的碳基本上是守恆的 任何使用到碳的物理及化學過程都必須從一處取得碳 並在過程後轉移到另一處 環境中碳所遵循的路徑稱為碳循環 例如 植物從周圍環境中吸取二氧化碳 用以增加自身質量 動物可能會進食一部分植物體 並再以二氧化碳把碳還原到環境中 整個碳循環實際上複雜得多 比如一些二氧化碳會溶解在海洋中 動植物死亡後也會成為石油或煤 再經焚燒把碳還原到大氣中 57 58 化合物 编辑有機化合物 编辑 主条目 有機化合物 最簡單有機化合物甲烷的結構式 碳循環與有機化合物形成的關係 植物進行光合作用時 二氧化碳和水會形成有機化合物 再被其他動植物所用 碳能夠形成串連的C C displaystyle ce C C 鍵 形成很長的分子鏈 這種特性叫做成鏈 碳 碳鍵強而穩定 因此 碳可以形成幾乎無限種不同的化合物 其實 碳化合物的數量比其他所有元素的化合物加起來還要多 除氫以外 因為大部分碳化合物都含有氫 最簡單的有機分子是碳氫化合物 這些化合物以一條碳鏈為主幹 並有氫原子鍵合在碳鏈上 鏈長 支鏈及官能團等都會影響有機化合物的物理及化學特性 所有生物體中都含有碳 並以碳作為有機化學的基礎 碳氫化合物在工業上可用作製冷劑 潤滑劑 溶劑 塑料的製造原料 化石燃料等等 碳與氧和氫結合後 會形成眾多必不可少的生物化合物 包括糖 木酯素 甲殼素 醇 脂 酯 類胡蘿蔔素 萜烯等等 碳與氮結合會形成生物鹼 再加上硫後會形成抗生素 氨基酸及橡膠等等 最後加入磷 會形成生命所需的化學編碼分子DNA及RNA 以及生物細胞用以傳遞能量的三磷酸腺苷 ATP 無機化合物 编辑 礦石中的含碳物質以及不含氫或氟的碳化合物一般不歸於有機化合物中 但這種定義並不是絕對的 這些無機化合物包括最簡單的各種氧化碳 其中最重要的就是二氧化碳 CO 2 displaystyle ce CO2 二氧化碳曾是古大氣層的主要成份 但今天則只佔地球大氣層中的極小一部分 59 當二氧化碳溶於水後 會形成碳酸 H 2 CO 3 displaystyle ce H2CO3 但由於有多個氧原子以單鍵連結到一顆碳原子上 所以它並不穩定 60 然而通過這一中繼狀態 因共振而穩定的碳酸鹽離子得以形成 一些重要的岩石都含有碳酸鹽 如石灰岩 白堊岩和大理石等 另一常見的碳氧化物是一氧化碳 CO displaystyle ce CO 一種在不完全燃燒後產生的無色 無味的氣體 一氧化碳分子中有一個三鍵 而且極性非常強 所以會不可逆轉地與血紅蛋白分子結合 使得親和力較低的氧無法經血紅蛋白傳輸 61 62 氰化物 CN displaystyle ce CN 的結構相似 但其特性更類似於鹵素離子 擬鹵素 例如 氰分子 CN 2 displaystyle ce CN 2 與雙原子鹵素相似 其他較罕見的氧化物包括二氧化三碳 C 3 O 2 displaystyle ce C3O2 63 不穩定的一氧化二碳 C 2 O displaystyle ce C2O 64 65 三氧化碳 CO 3 displaystyle ce CO3 66 67 環戊五酮 C 5 O 5 displaystyle ce C5O5 68 環己六酮 C 6 O 6 displaystyle ce C6O6 68 和苯六甲酸酐 C 12 O 9 displaystyle ce C12O9 當碳遇到如鎢等活性較強的金屬時 會形成碳化物 C 4 displaystyle ce C 4 或乙炔化物 C 2 2 displaystyle ce C2 2 大大提高這些合金的熔點 碳的電負性為2 5 69 所以會主要形成共價鍵 碳有幾種共價鍵晶格化合物 如結構與鑽石相近的碳化矽 SiC displaystyle ce SiC 金屬有機化合物 编辑 主条目 有機金屬化學 金屬有機化合物是任何具有碳 金屬鍵的化合物 金屬有機化合物類別繁多 主要分為烷基金屬化合物 如四乙基鉛 h2烯烴化合物 如蔡斯鹽 和h3烯丙基化合物 如氯化烯丙基鈀二聚物 含環戊二烯配位體的茂金屬 如二茂鐵 以及過渡金屬卡賓配合物 金屬羰基配合物有很多種 包括四羰基鎳等 歷史 编辑 年輕時的安東萬 拉瓦節 中文的 碳 字為形聲字 以石部表示固體非金屬 並以 炭 旁表示碳元素源自木炭或煤炭等物質 韓文及日文中碳的漢字寫法均為 炭素 70 在英文中 carbon來自拉丁文的carbo 即煤炭和木炭 71 法文中的charbon同樣也是木炭的意思 德文 荷蘭文和丹麥文中碳分別寫作Kohlenstoff koolstof和kulstof 都是 炭物質 的意思 最早的人類文明就已在煤煙和木炭中發現了碳 中國人早在公元前2500年就發現了鑽石 人們在古羅馬時代就開始通過在無氧環境下加熱木材製造木炭 72 73 卡爾 威廉 舍勒 1722年 瑞尼 瑞歐莫發現鐵在轉變為鋼的過程中會吸收一種物質 今天人們知道這就是碳 74 1772年 安東萬 拉瓦節證明鑽石是完全由碳組成的 他燃燒了木炭和鑽石 發現兩者都沒有產生水 而且形成的二氧化碳質量相同 75 人們曾以為石墨是鉛的一種形態 但卡爾 威廉 舍勒在1779年證明了它和木炭相同 但混有小量鐵 並會經硝酸氧化之後釋放二氧化碳 76 1786年 法國科學家克勞德 貝托萊 加斯帕 蒙日和沙爾 奧古斯丁 范德蒙以拉瓦節對鑽石所用的方法證明 石墨同樣主要由碳組成 77 石墨在燃燒後同樣留下了鐵 因此他們以為鐵在石墨結構中是必要的 拉瓦節在他1789年的教科書中將碳列為化學元素 2 1985年 科學家發現了一種新的碳單質富勒烯 78 其中包括巴基球 碳納米管等等 25 發現者羅伯特 柯爾 哈羅德 克羅托和理查德 斯莫利因此獲得了1996年的諾貝爾化學獎 79 其他奇特的碳同素異形體也被陸續發現了 例如玻璃碳 32 生產 编辑石墨 编辑 主条目 石墨 大量天然石墨礦藏分佈在世界各地 其中主要出產國為中國 印度 巴西和朝鮮 石墨礦石都是變質岩 與石英 片岩中的雲母和長石 片麻岩及變質砂岩和石灰岩一同出現 呈透鏡狀或葉脈狀 厚度可達1米多 位於英國坎伯蘭博羅戴爾 Borrowdale 的石墨礦藏巨大且純度高 直到19世紀 人們都直接鋸下石墨塊 削成條狀後包在木條中 作鉛筆出售 今天 要從較小的石墨礦中提取石墨 需要把礦石壓碎後 用水浮出較輕的石墨 80 天然石墨以三種形式出現 無定形態 薄片狀或結晶薄片狀以及葉脈狀或塊狀 無定形石墨的質量最低 但也最常見 一般被用於生產價值最低的產品 在工業中 無定形 指的是晶體細小 而非科學中所指的完全缺乏晶體結構 無定形石墨大量出現在位於中國 歐洲 墨西哥以及美國的大型礦藏中 薄片狀石墨的價值更高 也較少見 通常出現在變質岩中 質量較高的薄片石墨價格可以是無定形石墨的4倍 可製成一膨脹性石墨 用作阻燃劑等 薄片石墨出產於巴西 加拿大 中國 德國和馬達加斯加 葉脈狀或塊狀石墨最為罕見 是天然石墨中質量與價格最高的一種 這種石墨整塊出現在岩石與岩石之間 目前只有斯里蘭卡出產 80 根據美國地質調查局的數據 2010年全球石墨產量為1100萬噸 其中中國佔了80萬噸 印度13萬噸 巴西7 6萬噸 朝鮮3萬噸 加拿大2 5萬噸 美國沒有開採自然石墨 但2009年共生產了11 8萬噸合成石墨 估計總值9 98億美元 80 鑽石 编辑 主条目 鑽石 全球的鑽石生產由少數大型企業控制 而鑽石礦藏也只分佈在地球的少數地區 鑽石礦石中只有極小部分是鑽石 在最初壓碎礦石時須避免損傷大塊鑽石 壓碎後再以密度分開各種粒子 今天 人們利用X射線熒光光譜儀能夠預先找到鑽石含量較高的部分 接著的分類過程則由人工進行 在X光科技普及之前 人們用塗上油脂的運輸帶提取鑽石 鑽石比礦石中其他的礦物更容易粘在油脂上 81 歷史上只有南印度出產鑽石 82 自公元前9世紀左右至 83 公元18世紀中葉 印度都是世界唯一的鑽石產國 18世紀末 印度的礦藏已經衰減了許多 因此巴西1725年發現鑽石後 成為了印度以外的首個鑽石產地 84 1870年代人們發現了南非的鑽石礦場 才開始了對主要礦藏 金伯利岩及鉀鎂煌斑岩 的開採 產量不斷提高 截至2007年一共已有45億卡拉鑽石從當地開採出來 85 鑽石在美國主要分佈在阿肯色州 科羅拉多州和蒙大拿州 86 87 今天經濟效益最高的鑽石產國有俄羅斯 博茨瓦納 澳洲及剛果共和國 88 俄羅斯的鑽石產量為全球的五分之一 澳洲擁有鑽石含量最高的礦藏 其年產量在1990年代達到4200萬噸的頂峰 86 其他的商業鑽石礦場位於加拿大加拿大 俄羅斯西伯利亞 大部分在雅庫特地區 巴西以及澳洲北部和西部 根据贝恩公司的报告 全球2018年钻石产量为1 47亿克拉 预计2019年产量为1 42亿克拉 89 應用 编辑 由石墨組成的鉛筆筆芯 一般混有粘土或人造黏合劑 條狀的壓縮木炭 碳絲織成的布料 碳化矽單晶 C60富勒烯晶體 碳化鎢銑磨鑽頭 所有生物都依賴碳 如果沒有碳 我們所知的生物形態都不可能存在 見假定性生物化學 除了作食物和木材以外 碳的最大用途是在化石燃料上 以碳氫化合物的形式 如天然氣和石油等 石油化學工業利用煉油廠把原油蒸餾成汽油和柴油 纖維素是一種植物製造的碳聚合物 出現在棉花和麻中 植物中的纖維素主要有支撐結構的作用 動物來源的碳聚合物有羊毛 羊絨和絲綢 塑料是人工合成的碳聚合物 一般在分子鏈中含有固定間隔的氧和氮原子 塑料的製造原料都可以從石油加工而成 碳及其化合物的應用非常廣泛 碳可以和鐵形成合金 亦即鋼 石墨與粘土混合後可製成鉛筆芯 用於書寫和繪畫 石墨還能用作潤滑劑 顏料 玻璃生產過程中的鑄模材料 亁電池中或電鍍和電鑄過程中的電極 電動機中的碳刷以及核反應爐中的中子減速劑等等 木炭可用於繪畫 燒烤 煉鐵等等 木材 煤炭和石油都可用作燃料 用以發電或保暖 高質量鑽石被用作首飾 而工業用鑽石則可在金屬或石頭上進行鑽孔 切割和磨光 化石燃料中的碳氫化合物能加工成塑料 聚酯纖維裂解後形成的碳纖維可以為塑料加固 產生輕盈的複合材料 碳纖維的製造原料為經拉伸過的聚丙烯腈 PAN 以及其他有機物質 其最終的晶體結構和力學屬性取決於初始原料和製作工序 由PAN做成的碳纖維結構與細長的石墨絲相似 而經過熱處理後 結構就會變成連續的一張薄片 這種纖維的拉伸比強度比鋼還要高 90 炭黑的應用包括 黑色顔料 印刷墨水 藝術油墨和水彩 碳式複寫紙 汽車油漆 墨和激光打印機碳粉 炭黑還可以用作橡膠和塑料的填充劑 活性炭可吸附 過濾物質 其應用範圍包括防毒面具 水淨化 廚房吸油煙機等 也可從消化系統中吸收毒物或氣體作醫學治療 碳在高溫下可以進行還原反應 如焦炭可將鐵礦石轉化為鐵金屬 鋼與碳粉末一起加熱後 可以達到表面硬化的作用 碳化矽 碳化鎢 碳化硼和碳化鈦都是超硬材料 在切割和碾磨時被用作磨料 幾乎所有衣料都由碳化合物組成 如人造紡織品和皮革等 不同形式的碳是有希望的催化剂或催化剂载体 91 92 和电极材料 93 94 95 鑽石 编辑 鑽石工業可基本分為寶石級和工業級鑽石的生產和加工 兩種市場的運作方式截然不同 寶石級鑽石交易市場巨大 但與金 鉑等貴金屬不同 鑽石寶石的交易並不像日用品 其利潤幅度很高 二手市場也不大 工業用鑽石市場主要注重鑽石的硬度和熱導率 而幾乎忽略鑽石的清澈度和顔色 因此開採出來的鑽石中 有80 即1億卡拉 20噸 無法用作寶石 需要轉到工業用途上 96 1950年人工鑽石被發明之後 馬上就有了工業用途 年產量共有30億卡拉 600噸 97 鑽石在工業中主要被用於切割 鑽孔 碾磨和磨光等 一般大小不需要太大 大部分寶石級鑽石都可以用在工業上 鑽石可以鑲嵌在鑽頭或鋸子上 或磨成粉末後進行碾磨和磨光 98 在專門用途上 鑽石可以作高壓實驗的器材 如鑽石對頂砧 高效軸承以及特殊窗戶等 99 100 在人工鑽石生產技術的發展下 更多應用將在未來實現 如作為集成電路中的半導體或電子產品中的散熱片等 101 安全 编辑純碳對人類的毒性很低 甚至可以以石墨或木炭的形式直接安全進食 碳可以抵抗化學侵蝕 包括消化道中的酸 因此當進入人體組織後 碳會長時間存留 炭黑有可能是第一種被用作紋身的顔料 冰人奧茨的身上有碳刺青 一直保留到他死後5200年後的今天 102 然而 大量吸入煤灰或煤煙卻會刺激肺部 並造成煤工塵肺等阻塞性肺病 作磨料用的鑽石粉末在進食或吸入後同樣會造成危險 柴油引擎排煙中含有碳微粒 這些微粒會在肺部積聚 103 如果進入身體的含碳物質還有其他的雜質 如有機化合物和重金屬等 就有可能會對身體造成額外的傷害 碳對大部分地球生物來說毒性都很低 但對某些生物卻有毒 比如 碳納米微塵對果蠅屬是有毒的 104 碳在高溫下能在空氣中劇烈燃燒 如溫斯喬火災就是因加熱的石墨造成的 大量煤炭在無氧狀態下經過數億年後 首次被挖出時 可能會在接觸到空氣後自燃 碳的眾多化合物中 有著多種劇毒 如河豚毒素 蓖麻毒蛋白 氰化物 CN displaystyle ce CN 和一氧化碳 碳與各元素鍵合 编辑CH HeCLi CBe CB CC CN CO CF NeCNa CMg CAl CSi CP CS CCl CArCK CCa CSc CTi CV CCr CMn CFe CCo CNi CCu CZn CGa CGe CAs CSe CBr CKrCRb CSr CY CZr CNb CMo CTc CRu CRh CPd CAg CCd CIn CSn CSb CTe CI CXeCCs CBa CHf CTa CW CRe COs CIr CPt CAu CHg CTl CPb CBi CPo CAt RnFr CRa Rf Db CSg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og CLa CCe CPr CNd CPm CSm CEu CGd CTb CDy CHo CEr CTm CYb CLuAc CTh CPa CU CNp CPu CAm CCm CBk CCf CEs Fm Md No Lr含碳的化合物 应用广泛 应用较多 仅限学术研究 尚未发现參見 编辑碳沙文主義 碳足印 低碳經濟参考文献 编辑 History of Carbon and Carbon Materials Center for Applied Energy Research University of Kentucky Caer uky edu 2008 09 12 原始内容存档于2012 11 01 2 0 2 1 Senese Fred Who discovered carbon Frostburg State University 2007 09 09 2007 11 24 原始内容存档于2007 12 07 Lide D R 编 CRC Handbook of Chemistry and Physics 86th Boca Raton FL CRC Press 2005 ISBN 0 8493 0486 5 4 0 4 1 Haaland D Graphite liquid vapor triple point pressure and the density of liquid carbon Carbon 1976 14 6 357 doi 10 1016 0008 6223 76 90010 5 5 0 5 1 Savvatimskiy A Measurements of the melting point of graphite and the properties of liquid carbon a review for 1963 2003 Carbon 2005 43 6 1115 doi 10 1016 j carbon 2004 12 027 Fourier Transform Spectroscopy of the System of CP PDF 2007 12 06 原始内容 PDF 存档于2008 02 16 Fourier Transform Spectroscopy of the Electronic Transition of the Jet Cooled CCI Free Radical PDF 2007 12 06 原始内容 PDF 存档于2008 02 16 Carbon Binary compounds 2007 12 06 原始内容存档于2007 11 25 Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds 互联网档案馆的存檔 存档日期2012 01 12 in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition CRC press 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 Properties of diamond 页面存档备份 存于互联网档案馆 Ioffe Institute Database 11 0 11 1 11 2 Carbon Naturally occurring isotopes WebElements Periodic Table 2008 10 09 原始内容存档于2008 09 08 History of Carbon 2013 01 10 原始内容存档于2012 11 01 13 0 13 1 World of Carbon Interactive Nano visulisation in Science amp Engineering Education IN VSEE 2008 10 09 原始内容存档于2008 10 05 14 0 14 1 Chemistry Operations Carbon Los Alamos National Laboratory 2003 12 15 2008 10 09 原始内容存档于2008 09 13 Biological Abundance of Elements The Internet Encyclopedia of Science 2008 10 09 原始内容存档于2012 02 04 Greenville Whittaker A The controversial carbon solid liquid vapour triple point Nature 1978 276 5689 695 696 Bibcode 1978Natur 276 695W doi 10 1038 276695a0 Zazula J M On Graphite Transformations at High Temperature and Pressure Induced by Absorption of the LHC Beam PDF CERN 1997 2009 06 06 原始内容存档 PDF 于2009 03 25 Lee C Wei X Kysar J W Hone J Measurement of the Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene Science 2008 321 5887 385 8 Bibcode 2008Sci 321 385L PMID 18635798 doi 10 1126 science 1157996 简明摘要 Sanderson Bill Toughest Stuff Known to Man Discovery Opens Door to Space Elevator nypost com 2008 08 25 2008 10 09 原始内容存档于2008 09 06 Irifune Tetsuo Kurio Ayako Sakamoto Shizue Inoue Toru Sumiya Hitoshi Materials Ultrahard polycrystalline diamond from graphite Nature 2003 421 6923 599 600 PMID 12571587 doi 10 1038 421599b Dienwiebel Martin Verhoeven Gertjan Pradeep Namboodiri Frenken Joost Heimberg Jennifer Zandbergen Henny Superlubricity of Graphite PDF Physical Review Letters 2004 92 12 2013 07 29 doi 10 1103 PhysRevLett 92 126101 原始内容存档 PDF 于2013 12 24 Collins A T The Optical and Electronic Properties of Semiconducting Diamond Philosophical Transactions of the Royal Society A 1993 342 1664 233 244 Bibcode 1993RSPTA 342 233C doi 10 1098 rsta 1993 0017 Deprez N McLachan D S The analysis of the electrical conductivity of graphite conductivity of graphite powders during compaction Journal of Physics D Applied Physics Institute of Physics 1988 21 1 101 Bibcode 1988JPhD 21 101D doi 10 1088 0022 3727 21 1 015 Delhaes P Graphite and Precursors CRC Press 2001 ISBN 90 5699 228 7 25 0 25 1 25 2 Unwin Peter Fullerenes An Overview 2007 12 08 原始内容存档于2007 12 01 26 0 26 1 Ebbesen T W 编 Carbon nanotubes preparation and properties Boca Raton Florida CRC Press 1997 ISBN 0 8493 9602 6 27 0 27 1 Dresselhaus M S Dresselhaus G Avouris Ph 编 Carbon nanotubes synthesis structures properties and applications Topics in Applied Physics Berlin Springer 2001 80 ISBN 3 540 41086 4 28 0 28 1 Nasibulin Albert G Pikhitsa P V Jiang H Brown D P Krasheninnikov A V Anisimov A S Queipo P Moisala A et al A novel hybrid carbon material Nature Nanotechnology 2007 2 3 156 161 Bibcode 2007NatNa 2 156N PMID 18654245 doi 10 1038 nnano 2007 37 Nasibulin A Anisimov Anton S Pikhitsa Peter V Jiang Hua Brown David P Choi Mansoo Kauppinen Esko I Investigations of NanoBud formation Chemical Physics Letters 2007 446 109 114 Bibcode 2007CPL 446 109N doi 10 1016 j cplett 2007 08 050 Vieira R Ledoux Marc Jacques Pham Huu Cuong Synthesis and characterisation of carbon nanofibers with macroscopic shaping formed by catalytic decomposition of C2H6 H2 over nickel catalyst Applied Catalysis A 2004 274 1 8 doi 10 1016 j apcata 2004 04 008 31 0 31 1 Clifford Frondel Marvin Ursula B Lonsdaleite a new hexagonal polymorph of diamond Nature 1967 214 5088 587 589 Bibcode 1967Natur 214 587F doi 10 1038 214587a0 32 0 32 1 32 2 Harris PJF Fullerene related structure of commercial glassy carbons PDF Philosophical Magazine 2004 84 29 3159 3167 Bibcode 2004PMag 84 3159H doi 10 1080 14786430410001720363 原始内容 PDF 存档于2012 03 19 Rode A V Hyde S T Gamaly E G Elliman R G McKenzie D R Bulcock S Structural analysis of a carbon foam formed by high pulse rate laser ablation Applied Physics A Materials Science amp Processing 1999 69 7 S755 S758 doi 10 1007 s003390051522 34 0 34 1 34 2 Heimann Robert Bertram Evsyukov Sergey E and Kavan Ladislav Carbyne and carbynoid structures Springer 1999 02 28 1 2011 06 06 ISBN 978 0 7923 5323 2 原始内容存档于2012 11 23 Jenkins Edgar The polymorphism of elements and compounds Taylor amp Francis 1973 30 2011 05 01 ISBN 0 423 87500 0 原始内容存档于2012 11 23 Schewe Phil and Stein Ben Carbon Nanofoam is the World s First Pure Carbon Magnet Physics News Update 2004 03 26 678 1 2013 07 29 原始内容存档于2012 03 07 Itzhaki Lior Altus Eli Basch Harold Hoz Shmaryahu Harder than Diamond Determining the Cro tional Area and Young s Modulus of Molecular Rods Angew Chem Int Ed 2005 44 45 7432 5 PMID 16240306 doi 10 1002 ange 200502448 Mark Kathleen Meteorite Craters University of Arizona Press 1987 ISBN 0 8165 0902 6 Wonderfuel Welcome to the age of unconventional gas 页面存档备份 存于互联网档案馆 by Helen Knight New Scientist 12 June 2010 pp 44 7 Ocean methane stocks overstated 页面存档备份 存于互联网档案馆 BBC 17 Feb 2004 Ice on fire The next fossil fuel 页面存档备份 存于互联网档案馆 by Fred Pearce New Scientist 27 June 2009 pp 30 33 Calculated from file global 1751 2008 csv in 1 页面存档备份 存于互联网档案馆 from the Carbon Dioxide Information Analysis Center Kasting James The Carbon Cycle Climate and the Long Term Effects of Fossil Fuel Burning Consequences the Nature and Implication of Environmental Change 1998 4 1 2013 07 29 原始内容存档于2008 10 24 Carbon 14 formation 2013 07 29 原始内容存档于2015 08 01 Gannes Leonard Z Del Rio Carlos Marti nez Koch Paul Natural Abundance Variations in Stable Isotopes and their Potential Uses in Animal Physiological Ecology Comparative Biochemistry and Physiology Part A Molecular amp Integrative Physiology 1998 119 3 725 737 doi 10 1016 S1095 6433 98 01016 2 Official SI Unit definitions 2007 12 21 原始内容存档于2007 10 14 Brown Tom Carbon Goes Full Circle in the Amazon Lawrence Livermore National Laboratory 2006 03 01 2007 11 25 原始内容存档于2008 09 22 Bowman S Interpreting the past Radiocarbon dating British Museum Press 1990 ISBN 0 7141 2047 2 Libby W F Radiocarbon dating Chicago University Press and references therein 1952 Westgren A The Nobel Prize in Chemistry 1960 Nobel Foundation 1960 2007 11 25 原始内容存档于2007 10 25 Use query for carbon 8 barwinski net 2007 12 21 原始内容存档于2005 02 07 Watson A Beaming Into the Dark Corners of the Nuclear Kitchen Science 1999 286 5437 28 31 2013 07 29 doi 10 1126 science 286 5437 28 原始内容存档于2020 06 12 Audi G Bersillon O Blachot J Wapstra A H The Nubase evaluation of nuclear and decay properties PDF Nuclear Physics A 1997 624 1 Bibcode 1997NuPhA 624 1A doi 10 1016 S0375 9474 97 00482 X 原始内容 PDF 存档于2011 09 28 Ostlie D A and Carroll B W An Introduction to Modern Stellar Astrophysics Addison Wesley San Francisco 2007 ISBN 0 8053 0348 0 Whittet D C B Dust in the Galactic Environment CRC Press 2003 45 46 ISBN 0 7503 0624 6 Pikelʹner Solomon Borisovich Star formation Springer 1977 38 2011 06 06 ISBN 978 90 277 0796 3 原始内容存档于2012 11 23 Falkowski P Scholes RJ Boyle E Canadell J Canfield D Elser J Gruber N Hibbard K et al The Global Carbon Cycle A Test of Our Knowledge of Earth as a System Science 2000 290 5490 291 296 Bibcode 2000Sci 290 291F PMID 11030643 doi 10 1126 science 290 5490 291 Smith T M Cramer W P Dixon R K Leemans R Neilson R P Solomon A M The global terrestrial carbon cycle Water Air amp Soil Pollution 1993 70 19 37 doi 10 1007 BF01104986 Levine Joel S Augustsson Tommy R Natarajan Murali The prebiological paleoatmosphere stability and composition Origins of Life and Evolution of Biospheres 1982 12 3 245 259 Bibcode 1982OrLi 12 245L doi 10 1007 BF00926894 Loerting T et al On the Surprising Kinetic Stability of Carbonic Acid Angew Chem Int Ed 2001 39 5 891 895 PMID 10760883 doi 10 1002 SICI 1521 3773 20000303 39 5 lt 891 AID ANIE891 gt 3 0 CO 2 E Haldane J The action of carbonic oxide on man Journal of Physiology 1895 18 5 6 430 462 PMC 1514663 PMID 16992272 Gorman D Drewry A Huang Y L Sames C The clinical toxicology of carbon monoxide Toxicology 2003 187 1 25 38 PMID 12679050 doi 10 1016 S0300 483X 03 00005 2 Compounds of carbon carbon suboxide 2007 12 03 原始内容存档于2007 12 07 Bayes K Photolysis of Carbon Suboxide Journal of the American Chemical Society 1961 83 17 3712 3713 doi 10 1021 ja01478a033 Anderson D J Rosenfeld R N Photodissociation of Carbon Suboxide Journal of Chemical Physics 1991 94 12 7852 7867 Bibcode 1991JChPh 94 7857A doi 10 1063 1 460121 Sabin J R Kim H A theoretical study of the structure and properties of carbon trioxide Chemical Physics Letters 1971 11 5 593 597 Bibcode 1971CPL 11 593S doi 10 1016 0009 2614 71 87010 0 Moll N G Clutter D R Thompson W E Carbon Trioxide Its Production Infrared Spectrum and Structure Studied in a Matrix of Solid CO2 Journal of Chemical Physics 1966 45 12 4469 4481 Bibcode 1966JChPh 45 4469M doi 10 1063 1 1727526 68 0 68 1 Fatiadi Alexander J Isbell Horace S Sager William F Cyclic Polyhydroxy Ketones I Oxidation Products of Hexahydroxybenzene Benzenehexol PDF Journal of Research of the National Bureau of Standards A Physics and Chemistry 1963 67A 2 153 162 doi 10 6028 jres 067A 015 原始内容 PDF 存档于2009年3月25日 Pauling L The Nature of the Chemical Bond 3rd Ithaca NY Cornell University Press 1960 93 ISBN 0 8014 0333 2 Wright David Translating Science The Transmission of Western Chemistry into Late Imperial China 1840 1900 2000 ISBN 978 9004117761 Shorter Oxford English Dictionary Oxford University Press Chinese made first use of diamond BBC News 2005 05 17 2007 03 21 原始内容存档于2007 03 20 van der Krogt Peter Carbonium Carbon at Elementymology amp Elements Multidict 2010 01 06 原始内容存档于2010 01 23 Ferchault de Reaumur R A L art de convertir le fer forge en acier et l art d adoucir le fer fondu ou de faire des ouvrages de fer fondu aussi finis que le fer forge English translation from 1956 Paris Chicago 1722 Carbon Canada Connects 2010 12 07 原始内容存档于2010 10 27 Senese Fred Who discovered carbon Frostburg State University 2007 11 24 原始内容存档于2007 12 07 Giolitti Federico The Cementation of Iron and Steel McGraw Hill Book Company inc 1914 Kroto H W Heath J R O Brien S C Curl R F Smalley R E C60 Buckminsterfullerene Nature 1985 318 6042 162 163 Bibcode 1985Natur 318 162K doi 10 1038 318162a0 The Nobel Prize in Chemistry 1996 for their discovery of fullerenes 2007 12 21 原始内容存档于2013 06 22 80 0 80 1 80 2 USGS Minerals Yearbook Graphite 2009 页面存档备份 存于互联网档案馆 and Graphite Mineral Commodity Summaries 2011 Harlow G E The nature of diamonds Cambridge University Press 1998 223 ISBN 0 521 62935 7 Catelle W R The Diamond John Lane Company 1911 Page 159 discussion on Alluvial diamonds in India and elsewhere as well as earliest finds Ball V Diamonds Gold and Coal of India London Truebner amp Co 1881 Ball was a Geologist in British service Chapter I Page 1 Hershey J W The Book Of Diamonds Their Curious Lore Properties Tests And Synthetic Manufacture Kessinger Pub Co 1940 28 ISBN 1 4179 7715 9 Janse A J A Global Rough Diamond Production Since 1870 Gems and Gemology GIA 2007 XLIII Summer 2007 98 119 doi 10 5741 GEMS 43 2 98 86 0 86 1 Lorenz V Argyle in Western Australia The world s richest diamantiferous pipe its past and future Gemmologie Zeitschrift der Deutschen Gemmologischen Gesellschaft DGemG 2007 56 1 2 35 40 Microscopic diamond found in Montana The Montana Standard 2004 10 17 2008 10 10 原始内容存档于2005 01 21 Marshall Stephen Shore Josh The Diamond Life Guerrilla News Network 2004 10 22 2008 10 10 原始内容存档于2008 06 09 引文使用过时参数coauthors 帮助 存档副本 PDF 2020 08 20 原始内容存档 PDF 于2020 08 20 Cantwell W J Morton J The impact resistance of composite materials a review Composites 1991 22 5 347 62 doi 10 1016 0010 4361 91 90549 V Prekob Adam Hajdu Viktoria Muranszky Gabor Kocserha Istvan Fiser Bela Viskolcz Bela Vanyorek Laszlo Application of carbonized ion exchange resin beads as catalyst support for gas phase hydrogenation processes Reaction Kinetics Mechanisms and Catalysis Springer Science and Business Media LLC 2019 11 02 129 1 85 94 ISSN 1878 5190 doi 10 1007 s11144 019 01694 7 Sikora Emoke Kiss Adrienn H Gondor Zsuzsa Pekker Peter Kristaly Ferenc Szori Milan Ragyanszki Anita Viskolcz Bela Fiser Bela Vanyorek Laszlo Fine tuning the catalytic activity by applying nitrogen doped carbon nanotubes as catalyst supports for the hydrogenation of olefins Reaction Kinetics Mechanisms and Catalysis Springer Science and Business Media LLC 2019 12 14 129 1 95 106 ISSN 1878 5190 doi 10 1007 s11144 019 01705 7 Pangotra Dhananjai Csepei Lenard Istvan Roth Arne Ponce de Leon Carlos Sieber Volker Vieira Luciana Anodic production of hydrogen peroxide using commercial carbon materials Applied Catalysis B Environmental Elsevier BV 2022 303 120848 ISSN 0926 3373 doi 10 1016 j apcatb 2021 120848 Perry Samuel C Pangotra Dhananjai Vieira Luciana Csepei Lenard Istvan Sieber Volker Wang Ling Ponce de Leon Carlos Walsh Frank C Electrochemical synthesis of hydrogen peroxide from water and oxygen Nature Reviews Chemistry Springer Science and Business Media LLC 2019 06 19 3 7 442 458 ISSN 2397 3358 doi 10 1038 s41570 019 0110 6 Duan Weijian Li Ge Lei Zhenchao Zhu Tonghe Xue Yuzhou Wei Chaohai Feng Chunhua Highly active and durable carbon electrocatalyst for nitrate reduction reaction Water Research Elsevier BV 2019 161 126 135 ISSN 0043 1354 doi 10 1016 j watres 2019 05 104 Holtzapffel Ch Turning And Mechanical Manipulation Charles Holtzapffel 1856 2013 07 29 原始内容存档于2013 06 20 Internet Archive 页面存档备份 存于互联网档案馆 Industrial Diamonds Statistics and Information United States Geological Survey 2009 05 05 原始内容存档于2009 05 06 Coelho R T Yamada S Aspinwall D K Wise M L H The application of polycrystalline diamond PCD tool materials when drilling and reaming aluminum based alloys including MMC International journal of machine tools amp manufacture 1995 35 5 761 doi 10 1016 0890 6955 95 93044 7 Harris D C Materials for infrared windows and domes properties and performance SPIE Press 1999 303 334 ISBN 0 8194 3482 5 Nusinovich G S Introduction to the physics of gyrotrons JHU Press 2004 229 ISBN 0 8018 7921 3 Sakamoto M Endriz J G Scifres D R 120 W CW output power from monolithic AlGaAs 800 nm laser diode array mounted on diamond heatsink Electronics Letters 1992 28 2 197 199 doi 10 1049 el 19920123 Dorfer Leopold Moser M Spindler K Bahr F Egarter Vigl E Dohr G 5200 year old acupuncture in Central Europe Science 1998 282 5387 242 243 Bibcode 1998Sci 282 239D PMID 9841386 doi 10 1126 science 282 5387 239f Donaldson K Stone V Clouter A Renwick L MacNee W Ultrafine particles Occupational and Environmental Medicine 2001 58 3 211 216 2013 07 29 PMC 1740105 PMID 11171936 doi 10 1136 oem 58 3 211 原始内容存档于2009 05 01 Carbon Nanoparticles Toxic To Adult Fruit Flies But Benign To Young 页面存档备份 存于互联网档案馆 ScienceDaily Aug 17 2009 外部連結 编辑元素碳在洛斯阿拉莫斯国家实验室的介紹 英文 EnvironmentalChemistry com 碳 英文 元素碳在The Periodic Table of Videos 諾丁漢大學 的介紹 英文 元素碳在Peter van der Krogt elements site的介紹 英文 WebElements com 碳 英文 Carbon 页面存档备份 存于互联网档案馆 at The Periodic Table of Videos 諾丁漢大學 大英百科全書 碳 页面存档备份 存于互联网档案馆 碳在電化學中的應用 取自 https zh wikipedia org w index php title 碳 amp oldid 75438419, 维基百科，wiki，书籍，书籍，图书馆，

文章

，阅读，下载，免费，免费下载，mp3，视频，mp4，3gp， jpg，jpeg，gif，png，图片，音乐，歌曲，电影，书籍，游戏，游戏。