碳原子

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碳原子

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，它会进行质子发射和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。