碳原子

更新时间:2022-06-25

碳原子(carbon)化学符号:C 元素原子量:12.011 质子数:6 原子序数:6 周期:2 族:IVA自然产生的碳由三种同位素组成:12C和13C为稳定同位素,而14C则具放射性,其半衰期约为5,730年,是少数几个自远古就被发现的元素之一,是构成碳基生物的最基本元素。

基本信息

中文名碳原子
外文名carbon
化学式C
熔点约为3550 ℃(金刚石)
沸点约为4827 ℃(升华)
原子质量12.011
周期2
IVA
外观固态,黑色(石墨), 无色(金刚石)
原子体积4.58 cm3/mol
电子层分布2-4
质子数6

物理性质

碳原子(carbon)

化学符号:C

元素原子量:12.011

质子数:6

原子序数:6

周期:2

族:IVA

电子层分布:2-4

原子体积: 4.58/mol

原子半径:91pm

共价半径:77 pm

范德华半径: 170 pm

电子构型:1s22s22p2

电子在每能级的排布: 2,4

氧化价(氧化物): 4,3,2(弱酸性)

颜色和外表:黑色(石墨),无色(金刚石

物质状态:固态

物理属性:反磁性

熔点:约为3550 ℃(金刚石)

沸点:约为4827 ℃(升华)

摩尔体积:5.29×10-6m3/mol

元素在太阳中的含量:(ppm) 3000

元素在海水中的含量:(ppm)太平洋表面 23

元素在地壳中含量:(ppm)4800

莫氏硬度:石墨1-2 ,金刚石 10

氧化态:主要为-4,,C+2, C+4 (还有其他氧化态)

化学键能: (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

晶胞参数: a = 246.4 pm b = 246.4 pm c = 671.1 pm α = 90° β = 90° γ = 120°

电离能:(kJ/ mol) M - M+ 1086.2 M+ - M2+ 2352 M2+ - M3+ 4620 M3+ - M4+ 6222 M4+ - M5+ 37827 M5+ - M6+ 47270 。

单质密度:3.513 g/(金刚石)、2.260 g/(石墨,20 ℃)

电负性:2.55(鲍林标度)

比热:710 J/(kg·K)

电导率:0.061×10-6/(米欧姆)

热导率:129 W/(m·K)第一电离能1086.5 kJ/mol 第二电离能2352.6 kJ/mol 第三电离能 4620.5 kJ/mol 第四电离能 6222.7 kJ/mol 第五电离能 37831 kJ/mol 第六电离能 47277.0 kJ/mol 。

成键:碳原子一般是四价的,这就需要4个单电子,但是其基态只有2个单电子,所以成键时总是要进行杂化。最常见的杂化方式是sp3杂化,4个价电子被充分利用,平均分布在4个轨道里,属于等性杂化。这种结构完全对称,成键以后是稳定的σ键,而且没有孤电子对的排斥,非常稳定。金刚石中所有碳原子都是这种以此种杂化方式成键。烷烃的碳原子也属于此类。

同位素:C12\C14(考古测定年代)

构成结构:直链、支链和环状结构

同位素

所有碳同位素的原子都有6颗质子,但中子数各异(从2到16颗不等)。碳有两个自然存在的稳定同位素:碳-12( )占地球上碳的98.93%,而碳-13( )则占剩余的1.07%。生物体中同位素的比率更高,因为生物化学反应会选择性地消除。1961年,国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)决定以碳-12同位素作为原子量单位的定义标准。核磁共振所探测的就是。

碳-14( )是自然产生的放射性同位素,在地球上的丰度为一万亿分之一(0.0000000001%),主要存在于大气层和地表矿藏中,如泥炭及其他有机物质等。碳-14以0.158 MeV能量进行β−衰变。由于半衰期只有5730年,所以该同位素在古老岩石中几乎绝迹,但会在大气高层(低平流层及高对流层)中经宇宙射线和氮间的反应而不断产生。在大气层及生物体中的丰度几乎守恒,但在生物体死亡后有规律地衰减,这就是放射性碳定年法的原理。该定年法可测量年龄在4万年以下的含碳物质。

碳有15种已知同位素,其中存活时间最短的是,它会进行质子发射α衰变,半衰期为1.98739x10−21秒。同位素有核晕效应,即其半径比密度均匀的正常球体原子核高得多。


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