Carbon 碳

鉛筆芯的主要成份是石墨, 它是碳的一個同素異形體(Allotropes)

歷史

碳的拉丁原文是(carbo, charcoal), 在人類有歷史記載前已發現了的元素. 它在自然界的分佈甚廣: 太陽、其他恆星、彗星和大部分行星的大氣層都含有豐度很高的碳元素. 在一些隕石中也曾發現碳元素以鑽石的微粒存在。

自然界的鑽石, 盛產於南非, 它們多藏於古代的管狀火山噴發物中. 今天在好望角對出的海藏仍然可以找到很多天然鑽石. 現時美國約有30%的工業用鑽石是用人工合成的。[教你如何造鑽石]

太陽和很多發光的星體, 有一部份的能源是來自著名的<碳--氮能量週期>。

碳的同素異形體(Allotropes)

碳在自然界有三種常見同素異形體: 無定形碳, 石墨和鑽石. 近年發現可能是碳的第四種同素異形體---白碳. 碳黑(Soots/Ceraphite)和鑽石是由碳原子所組成, 前者是世上最軟的物質, 而後者則是世上最硬的物質。

石墨分為 a(alpha) 和 b(beta) 和兩種結構, 它們除了結晶體的結構不同之外, 其化學性和物理性質大致相同. 自然界的石墨中, 大概有30%是八面體結構的 b-石墨。而人工合成的石墨則全是 a-石墨。 兩種石墨是可以互相轉化的: 機械處理可把a-石墨轉化為 b-石墨; 而加熱至溫度為100C時, b-石墨又會轉化成 a-石墨•

1969年, 在低壓燃燒的石墨昇華時產生一種新的碳的同素異形體, 俗稱 '白碳', 它在石墨磚的棱邊上生成小粒的透明結晶. 到1990年代, 高溫將石墨蒸發, 可產生碳納米晶管(Carbon nanotube) 和 巴克碳球(Buckyball: C60). 它們都具有特殊的性質, 有待廿一世紀開發的新物料。美國和日本, 已分別建立大型的生產碳納米管的廠房, 並進一步研究這些物料在工業上應用。

碳的化合物

碳在自然界的化合物有大氣中或溶於水中的二氧化碳, 存在於岩石中的碳酸鹽: 例如石灰石中的碳酸鈣, 大理石中的碳酸鎂等. 此外, 也有大量的有機物, 例如碳氫化合物等, 存在於天然氣, 煤和石油等礦物中。

碳是有機化合物中最重要的元素, 它與氫, 氧, 氮和其他元素化合成非常大量的有機化合物。這是由於碳的最外層有四粒電子, 可以有多種不同的方式形成共價鍵, 更重要的原因是 '碳-碳' 原子之間可形成甚為穩定共價鍵, 故有大量的鏈狀和環狀的化合物, 組成多采多姿的的生命有機體和複雜的生化反應。

火星的大氣含有 96.2%(CO2), 地球上的二氧化碳也是光合作用的重要反應物。此外, 還有一些常見的化合物如: 一氧化碳 (CO), 二硫化碳 (CS2), 哥羅芳 (CHCl3), 四氯化碳 (CCl4), 甲烷 (CH4), 乙烯 (C2H4), 乙炔 (C2H2), 苯 (C6H6), 醋酸 (CH3COOH), 及它們的衍生物。

同位素

碳有七個同位素。在 1961年 IUPAC 採用 C-12 作為相對原子量的參考標準。C-14 的半衰期為 5715 年, 現正廣泛應用於測量古生物化石的年代。

格價

在 1990 年, C-13 在市面上的售價是每克 700 美元。

翻譯及寫作: S. C. WONG 資料來源: CRC Handbook of Chemistry and Physics 及 The American Chemical Society.

日期:Oct 16, 2002 返回主網頁 Back to SCWong_2001