就形成化合物的數(shù)量而言，碳在106種元素中首屈一指，碳以外的105種元素，總共形成的化合物有10多萬種，而碳單一種元素，就有400多萬種化合物。碳之所以有如此多的化合物，是因?yàn)樵谔荚又g能夠彼此連接起來成為長(zhǎng)鏈或環(huán)，其剩余的化合價(jià)再同氫及其他原子連接。碳原子間相連接可以有幾個(gè)、幾十個(gè)以至成千上萬個(gè)，這就是碳的化合物種類繁多和性質(zhì)千差萬別的原因。
??碳在自然界中，也能夠以單質(zhì)的形式存在，如金剛石和石墨。
??碳的許多化合物的混和物。而糖、蛋白質(zhì)、脂肪也是碳的化合物，它們?cè)谌祟惿钪�，是必不可缺的三大營(yíng)養(yǎng)要素。又比如，應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的烯料和潤(rùn)滑劑，在農(nóng)業(yè)上大顯身手的農(nóng)藥與有機(jī)肥，國(guó)防事業(yè)不可或缺的炸藥等等，都是碳的化合物。
相關(guān)資料：
碳是一種非金屬元素，位于元素周期表的第二周期IVA族。拉丁語為Carbonium，意為“煤，木炭”。漢字“碳”字由木炭的“炭”字加石字旁構(gòu)成，從“炭”字音。
碳是一種很常見的元素，它以多種形式廣泛存在于大氣和地殼之中。碳單質(zhì)很早就被人認(rèn)識(shí)和利用，碳的一系列化合物——有機(jī)物更是生命的根本。碳是生鐵、熟鐵和鋼的成分之一。 碳能在化學(xué)上自我結(jié)合而形成大量化合物，在生物上和
碳化合物一般從化石燃料中獲得，然后再分離并進(jìn)一步合成出各種生產(chǎn)生活所需的產(chǎn)品，如乙烯、塑料等。
碳的存在形式是多種多樣的，有晶態(tài)單質(zhì)碳如金剛石、石墨；有無定形碳如煤；有復(fù)雜的有機(jī)化合物如動(dòng)植物等；碳酸鹽如大理石等。 單質(zhì)碳的物理和化學(xué)性質(zhì)取決于它的晶體結(jié)構(gòu)。高硬度的金剛石和柔軟滑膩的石墨晶體結(jié)構(gòu)不同，各有各的外觀、密度、熔點(diǎn)等。
常溫下單質(zhì)碳的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，不溶于水、稀酸、稀堿和有機(jī)溶劑；不同高溫下與氧反應(yīng)，生成二氧化碳或一氧化碳；在鹵素中只有氟能與單質(zhì)碳直接反應(yīng)；在加熱下，單質(zhì)碳較易被酸氧化；在高溫下，碳還能與許多金屬反應(yīng)，生成金屬碳化物。
化學(xué)符號(hào)：C
元素原子量：12.01
質(zhì)子數(shù)：６
原子序數(shù)：６
周期：２
族：ＩＶＡ
電子層分布：２－４
原子體積: 4.58 cm3/mol
原子半徑（計(jì)算值）：70（67）pm
共價(jià)半徑：77 pm
范德華半徑： 170 pm
電子構(gòu)型 ：1s22s22p2
電子在每能級(jí)的排布： 2，4
氧化價(jià)（氧化物）： 4，3，2（弱酸性）
顏色和外表：黑色（石墨）， 無色（金剛石）
物質(zhì)狀態(tài) ：固態(tài)
物理屬性： 反磁性
熔點(diǎn)：約為3550 ℃（金剛石）
沸點(diǎn)：約為4827 ℃（升華）
摩爾體積 ：5.29×10-6m3/mol
元素在太陽中的含量：(ppm) 3000
元素在海水中的含量：(ppm) 太平洋表面 23
元素在地殼中含量：（ppm）4800
莫氏硬度：石墨1-2 ，金剛石 10
氧化態(tài)： 主要為-4,，C+2， C+4 （還有其他氧化態(tài)）
化學(xué)鍵能： (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(shè) 1074
晶胞參數(shù)： a = 246.4 pm b = 246.4 pm c = 671.1 pm α = 90° β = 90° γ = 120°
電離能：(kJ/ mol) M - M+ 1086.2 M+ - M2+ 2352 M2+ - M3+ 4620 M3+ - M4+ 6222 M4+ - M5+ 37827 M5+ - M6+ 47270
單質(zhì)密度：3.513 g/cm3(金剛石)、2.260 g/cm3(石墨，20 ℃)
電負(fù)性：2.55（鮑林標(biāo)度）
比熱：710 J/(kg·K)
電導(dǎo)率：0.061×10-6/(米歐姆)
熱導(dǎo)率：129 W/(m·K) 第一電離能 1086.5 kJ/mol 第二電離能 2352.6 kJ/mol 第三電離能 4620.5 kJ/mol 第四電離能 6222.7 kJ/mol 第五電離能 37831 kJ/mol 第六電離能 47277.0 kJ/mol
成鍵：碳原子一般是四價(jià)的，這就需要4個(gè)單電子，但是其基態(tài)只有2個(gè)單電子，所以成鍵時(shí)總是要進(jìn)行雜化。最常見的雜化方式是sp3雜化，4個(gè)價(jià)電子被充分利用，平均分布在4個(gè)軌道里，屬于等性雜化。這種結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，成鍵以后是穩(wěn)定的σ鍵，而且沒有孤電子對(duì)的排斥，非常穩(wěn)定。金剛石中所有碳原子都是這種以此種雜化方式成鍵。烷烴的碳原子也屬于此類。
根據(jù)需要，碳原子也可以進(jìn)行sp2或sp雜化。這兩種方式出現(xiàn)在成重鍵的情況下，未經(jīng)雜化的p軌道垂直于雜化軌道，與鄰原子的p軌道成π鍵。烯烴中與雙鍵相連的碳原子為sp 2雜化。 由于sp2雜化可以使原子共面，當(dāng)出現(xiàn)多個(gè)雙鍵時(shí)，垂直于分子平面的所有p軌道就有可能互相重疊形成共軛體系。苯是最典型的共軛體系，它已經(jīng)失去了雙鍵的一些性質(zhì)。石墨中所有的碳原子都處于一個(gè)大的共軛體系中，每一個(gè)片層有一個(gè)。
碳的同位素
目前已知的同位素共有十二種，有碳8至碳19，其中碳12和碳13屬穩(wěn)定型，其余的均帶放射性，當(dāng)中碳14的半衰期長(zhǎng)達(dá)五千多年，其他的均全不足半小時(shí)。 在地球的自然界里，碳12在所有碳的含量占98.93%，碳13則有1.07%。C的原子量取碳12、13兩種同位素豐度加權(quán)的平均值，一般計(jì)算時(shí)取12.01。 碳12是國(guó)際單位制中定義摩爾的尺度，以12克碳12中含有的原子數(shù)為1摩爾。碳14由于具有較長(zhǎng)的半衰期，被廣泛
單質(zhì)碳的形式
最常見的兩種單質(zhì)是高硬度的金剛石和柔軟滑膩的石墨，它們晶體結(jié)構(gòu)和鍵型都不同。金剛石每個(gè)碳都是四面體4配位，類似脂肪族化合物；石墨每個(gè)碳都是三角形3配位，可以看作無限個(gè)苯環(huán)稠合起來。
1. 金剛石（diamond）
最為堅(jiān)固的一種碳結(jié)構(gòu)，其中的碳原子以晶體結(jié)構(gòu)的形式排列，每一個(gè)碳原子與另外四個(gè)碳原子緊密鍵合，成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，最終形成了一種硬度大、活性差的固體。
金剛石的熔點(diǎn)超過3500℃，相當(dāng)于某些恒星表面溫度。
主要作用：裝飾品、切割金屬材料等
2.石墨（graphite）
石墨是一種深灰色有金屬光澤而不透明的細(xì)鱗片狀固體。質(zhì)軟，有滑膩感，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能。石墨中碳原子以平面層狀結(jié)構(gòu)鍵合在一起，層與層只見鍵合比較脆弱，因此層與層之間容易被滑動(dòng)而分開。
主要作用：制作鉛筆，電極，電車?yán)|線等
3.富勒烯（fullerene）
1985年由美國(guó)德克薩斯州羅斯大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)。
富勒烯中的碳原子是以球狀穹頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)鍵合在一起。
4.其他碳結(jié)構(gòu)
無定形碳（Amorphous，不是真的異形體,內(nèi)部結(jié)構(gòu)是石墨）
碳納米管（Carbon nanotube）
六方金剛石（Lonsdaleite，與金剛石有相同的鍵型
趙石墨（Chaoite，石墨與隕石碰撞時(shí)產(chǎn)生，具有六邊形圖案的原子排列）
汞黝礦結(jié)構(gòu)（Schwarzite，由于有七邊形的出現(xiàn)，六邊形層被扭曲到“負(fù)曲率”鞍形中的假想結(jié)構(gòu)）
纖維碳（Filamentous carbon，小片堆成長(zhǎng)鏈而形成的纖維）
碳?xì)饽z（Carbon aerogels，密度極小的多孔結(jié)構(gòu)，類似于熟知的硅氣凝膠）
碳納米泡沫（Carbon nanofoam，蛛網(wǎng)狀，有分形結(jié)構(gòu)，密度是碳?xì)饽z的百分之一，有鐵磁性）
碳元素的化合物
碳的化合物中，只有以下化合物屬于無機(jī)物：
碳的氧化物、硫化物：一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、二硫化碳(CS2)、碳酸鹽、碳酸氫鹽、氰一系列擬鹵素及其擬鹵化物、擬鹵酸鹽：氰(CN)2、氧氰，硫氰。
其它含碳化合物都是有機(jī)化合物。由于碳原子形成的鍵都比較穩(wěn)定，有機(jī)化合物中碳的個(gè)數(shù)、排列以及取代基的種類、位置都具有高度的隨意性，因此造成了有機(jī)物數(shù)量極其繁多這一現(xiàn)象，目前人類發(fā)現(xiàn)的化合物中有機(jī)物占絕大多數(shù)。
有機(jī)物的性質(zhì)與無機(jī)物大不相同，它們一般可燃、不易溶于水，反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜，現(xiàn)已形成一門獨(dú)立的分科——有機(jī)化學(xué)。 分布 碳存在于自然界中(如以金剛石和石墨形式)，是煤、石油、瀝青、石灰石和其它碳酸鹽以及一切有機(jī)化合物的最主要的成分，在地殼中的含量約0.027%。碳是占生物體干重比例最多的一種元素。碳還以二氧化碳的形式在地球上循環(huán)于大氣層與平流層。 在大多數(shù)的天體及其大氣層中都存在有碳。
碳的發(fā)現(xiàn)史
金剛石和石墨史前人類就已經(jīng)知道。
富勒烯則于1985年被發(fā)現(xiàn)，此后又發(fā)現(xiàn)了一系列排列方式不同的碳單質(zhì)。
同位素碳14由美國(guó)科學(xué)家馬丁·卡門和塞繆爾·魯賓于1940年發(fā)現(xiàn)。
