碳原子

碳原子

碳原子(carbon) 化學符號:C元素原子量:12.011 質子數:6 原子序數:6 周期:2:IVA

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5,730年,是少數幾個自遠古就被發現的元素之一,是構成碳基生物的最基本元素。

基本介紹

  • 中文名:碳原子
  • 英文名:carbon
  • 化學式:C 
  • 熔點:約為3550 ℃(金剛石)
  • 沸點:約為4827 ℃(升華)
  • 外觀固態,黑色(石墨), 無色(金剛石
  •  元素原子量:12.011  
  •  質子數:6
  •  周期:2
  •  族:IVA
  • 電子層分布:2-4
  • 原子體積: 4.58 cm3/mol
物理性質,同位素,

物理性質

碳原子(carbon)
化學符號:C
元素原子量:12.011
原子序數:6
周期:2
:IVA
電子層分布:2-4
原子體積: 4.58
/mol
原子半徑:91pm
共價半徑:77 pm
范德華半徑: 170 pm
電子構型:1s22s22p2
電子在每能級的排布: 2,4
氧化價(氧化物): 4,3,2(弱酸性)
顏色和外表:黑色(石墨), 無色(金剛石)
物質狀態 :固態
物理屬性反磁性
熔點:約為3550 ℃(金剛石)
沸點: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: 主要為-4,,C+2, C+4 (還有其他氧化態)
化學鍵能: (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 1074
晶胞參數: 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 。
單質密度:3.513 g/
(金剛石)、2.260 g/
(石墨,20 ℃)
電負性:2.55(鮑林標度
比熱:710 J/(kg·K)
電導率:0.061×10-6/(米歐姆)
熱導率: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:碳原子一般是四價的,這就需要4個單電子,但是其基態只有2個單電子,所以成鍵時總是要進行雜化。最常見的雜化方式是sp3雜化,4個價電子被充分利用,平均分布在4個軌道里,屬於等性雜化。這種結構完全對稱,成鍵以後是穩定的σ鍵,而且沒有孤電子對的排斥,非常穩定。金剛石中所有碳原子都是這種以此種雜化方式成鍵。烷烴的碳原子也屬於此類。
同位素:C12\C14(考古測定年代)
構成結構:直鏈、支鏈和環狀結構

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:碳-12(
)占地球上碳的98.93%,而碳-13(
)則占剩餘的1.07%。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
。1961年,國際純粹與套用化學聯合會(IUPAC)決定以碳-12同位素作為原子量單位的定義標準。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。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。
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。
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。
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。

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