碳的原子序数是6，原子量是12.01，位于元素周期表中的IV A族，属于非金属。在其最稳定的氧化态下，碳的氧化数为+4或-4，它可以形成四个共价键。碳是所有已知生命体的基本构成元素，能与其他元素（包括自身）形成大量的化合物。

  碳是一个非常独特的元素，因为它有多种不同的同素异形体。这些形式具有不同的物理性质，因为它们的碳原子以不同的方式排列。下面是四种主要的碳同素异形体：石墨、金刚石、富勒烯和石墨烯。

1. 石墨

  石墨是最稳定的碳同素异形体，由层状的六边形网络构成。每个碳原子在同一层内与三个其他碳原子通过共价键连接，并且有一个离域电子。这种结构使得石墨具有良好的导电性，因为这些电子可以在层间自由移动。此外，层与层之间的相互作用主要是范德华力，这使得石墨层可以很容易地滑过对方，所以石墨也被用作润滑剂。

2. 金刚石

  金刚石，也叫钻石。是硬度最大的已知物质，每个碳原子在其结构中与四个其他碳原子通过共价键连接，形成一个典型的四面体结构。这种强大的三维网络使金刚石成为非常硬的材料，但也使它在电气和热传导方面性能较差。

3. 富勒烯

  富勒烯是由60个碳原子组成的球形分子，也被称为巴基球，因为它们的形状类似于地理学上的巴基球。这些碳原子形成了20个六边形和12个五边形，形成一个封闭的、几乎完全对称的球形结构。富勒烯具有特殊的电学性质，被认为在纳米科学和纳米技术中有很大的潜力。

4. 石墨烯

石墨烯是由单层碳原子构成的二维材料，每个碳原子与三个其他碳原子通过共价键连接，形成一个六边形的格子。石墨烯被认为是最薄、导电性能最强、热传导性能最好的材料。它的力学性能也非常出色，强度超过钢铁。由于这些特性，石墨烯在新材料研究领域引起了广泛关注。

化学性质

  碳的化学性质主要取决于其能够形成稳定的共价键。碳与其他碳原子的链接可以形成链状、分支状或环状结构，这些结构可以进一步形成更复杂的三维网络。这使得碳能形成数百万种不同的化合物，构成了有机化学的基础。

生物学中的作用

  在生物体中，碳是最重要的元素之一。它是所有生命体的主要组成部分，包括蛋白质、脂质、碳水化合物和核酸。碳是生命的化学基础，因为它能形成复杂的、长链的生物分子。

  碳由于其独特的性质和同素异形体，被广泛应用在各种不同的领域。以下是一些主要的应用：

1. 作为燃料

  最常见的碳应用就是作为燃料，例如煤炭、天然气和石油。这些化石燃料在燃烧时会释放出大量的能量，是工业和居民用电的主要来源。

2. 制造钢铁

  在钢铁工业中，石墨被用作还原剂，帮助从铁矿石中提取铁。此外，碳也被用来制造各种合金，例如碳钢。

3. 制造各种化合物

  碳是所有有机化合物的基础，包括塑料、化纤、橡胶、树脂、染料、药物和洗涤剂等。许多重要的工业化学品，如甲醇和乙醇，都是由碳和其他元素（如氢和氧）制成的。

4. 作为滤料和吸附剂

  活性炭由于其大的表面积和微孔结构，被广泛用作吸附剂，可以吸附各种有害物质。它在水处理、空气净化和医药工业中有广泛的应用。此外，碳纤维和纳米碳管也被用作高效的滤料。

5. 电子工业

  石墨被用作电极材料，用于制造电池和电容器。石墨烯因其优异的导电性和力学性质，被认为在电子和光电子领域有巨大的潜力。

6. 钻石和珠宝

  金刚石因其高度的硬度和折射率，被广泛用于切割工具和磨料。此外，由于其独特的光学性质和稀有性，钻石也被广泛用于珠宝制品。

7. 其他应用

  碳纤维因其高强度和低重量，被广泛用于航空、汽车和体育设备。富勒烯和碳纳米管在材料科学和纳米技术领域有广泛的应用。

环境影响

  碳在地球的环境中起着重要的作用。通过碳循环，碳在地球的各个部分（包括大气、生物体、海洋和地壳）之间循环。二氧化碳是一种重要的温室气体，人类活动中的燃烧化石燃料大大增加了大气中的二氧化碳含量，导致全球变暖。

转自什么是碳？碳的这些知识你都知道吗？ (baidu.com)

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