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

族：IVA

電子層分佈：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，平均分佈在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

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（ ）佔地球上碳的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。核磁共振所探測的就是。

碳-14（ ）是自然產生的放射性同位素，在地球上的丰度為一萬億分之一（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丰度幾乎守恆，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。