的碳是一种非 - 金属化学元素，其化学符号C.后煤，植物或矿物，其中它的原子限定的各种结构命名。许多作者将其称为元素之王，因为它形成了广泛的有机和无机化合物，并且还以相当数量的同素异形体出现。
如果这还不足以将其称为特殊元素，那么它就存在于所有生物中。它的所有生物分子的存在都归因于CC键的稳定性和强度以及很高的连接趋势。碳是生命的元素，而碳则通过其原子得以建立。
树木的木材主要由碳水化合物组成，碳水化合物是许多富含碳的化合物之一。资料来源：Pexels。
构成生物材料的有机化合物实际上由碳骨架和杂原子组成。可以用肉眼在树林中看到这些。而且，当闪电击中并烘烤它们时。剩余的惰性黑色固体也有碳；但这是木炭。
因此，这种元素有“死”的表现：木炭，在贫氧环境中燃烧的产物；和矿物煤，是地质过程的产物。两种固体看起来都一样，它们都是黑色的，它们燃烧产生热量和能量。尽管产量不同。
从那时起，碳是地壳中第15个最丰富的元素。难怪每年何时会产生数百万吨的煤炭。这些矿物质的性质取决于杂质的程度，使无烟煤成为最优质的矿物煤。
地壳不仅富含矿物煤，而且富含碳酸盐，尤其是石灰石和白云岩。对于宇宙来说，它是第四大最丰富的元素。我的意思是，其他行星上还有更多的碳。
碳历史
回顾
碳可能与地壳本身一样古老。自远古时代以来，古代文明就在其许多自然表现形式中遇到了这一元素：煤烟，木炭，木炭，木炭，钻石，石墨，煤焦油，无烟煤等。
所有这些固体，尽管它们具有深色调（钻石除外），但它们的其余物理性质及其组成却有显着差异。那时不可能断言它们基本上由碳原子组成。
因此，在整个历史中，煤都是根据燃烧和提供热量时的质量进行分类的。借助燃烧产生的气体，水团被加热，而水团又产生蒸气，使汽轮机运动，从而产生电流。
在封闭或密闭空间中燃烧树木所产生的木炭中，存在着未曾怀疑的碳。用石墨制成铅笔；在用作宝石的钻石中；他负责钢的硬度。
它的历史与木材，火药，城市照明用气体，火车和轮船，啤酒，润滑剂和其他人类必需品齐头并进。
承认
科学家在什么时候能够将同素异形体和碳的矿物与同一元素相关联？煤被视为一种矿物，并且没有被认为是值得元素周期表中的化学元素。第一步应该是证明所有这些固体都转化为相同的气体：二氧化碳，CO 2。
1772年，安托万·拉瓦锡（Antoine Lavoisier）使用带有大透镜的木制镜架，将太阳光线聚焦在木炭和钻石样品上。他发现它们都不形成水蒸气而是CO 2。他对烟灰做了同样的操作，并得到了相同的结果。
卡尔·威廉·舍勒（Carl Wilhelm Scheele）在1779年发现了木炭和石墨之间的化学关系；也就是说，两种固体都由相同的原子组成。
史密森森·坦南特（Smithson Tennant）和威廉·海德·沃拉斯顿（William Hyde Wollaston）在1797年通过方法论（通过反应）验证了，钻石燃烧时产生CO 2时实际上是由碳组成的。
有了这些结果，光很快就照射在石墨和金刚石上，石墨和金刚石是由碳形成的固体，因此纯度很高。不像煤炭和其他碳质矿物的不纯固体。
物产
在固体，矿物或碳质材料中发现的物理或化学性质受许多变量的影响。其中包括：杂质的组成或程度，碳原子的杂化，结构的多样性以及孔的形态或大小。
在描述碳的特性时，大多数文本或书目来源均基于石墨和金刚石。
为什么？因为它们是该元素最知名的同素异形体，代表固体或高纯度材料；也就是说，它们实际上仅由碳原子组成（尽管结构不同，下一节将对此进行说明）。
木炭和矿物煤的性质分别在来源或组成上有所不同。例如，与无烟煤（高碳）相比，褐煤（低碳）作为燃料爬行。还有其他同素异形体：纳米管，富勒烯，石墨烯，接枝石墨等。
然而，化学上它们有一个共同点：它们在CO 2中被过量的氧气氧化：
C + O 2 => CO 2
现在，它们氧化所需的速度或温度对这些同素异形体中的每一个都是特定的。
石墨与钻石
这里还将针对这两种同素异形体的非常不同的性质做一个简短的评论：
该表中比较了碳的两种结晶同素异形体的某些性质。资料来源：加布里埃尔·玻利瓦尔（GabrielBolívar）。
结构和电子配置
杂种
杂化轨道与碳的可能结构之间的关系。资料来源：加布里埃尔·玻利瓦尔（GabrielBolívar）。
碳原子的电子构型为1s 2 2s 2 2p 2，也写为2s 2 2p 2（上图）。这种表示法与其基态相对应：碳原子在真空中被隔离和悬浮，使其无法与其他原子相互作用。
可以看出，它的2p轨道之一缺少电子，它通过电子促进从低能2s轨道接受电子。因此，原子通过其四个sp 3杂化轨道获得形成四个共价键的能力。
请注意，所有四个sp 3轨道都是能量退化的（排列在同一水平上）。纯p轨道的能量更高，这就是为什么将它们放置在其他混合轨道（位于图像右侧）上方的原因。
如果存在三个混合轨道，那是因为剩下一个未杂交的p轨道；因此，它们是三个sp 2轨道。并且当这些杂化轨道中有两个时，两个p轨道可用于形成双键或三键，即sp碳的杂化。
这些电子方面对于理解为什么在同素异形体的无限大的范围内可以找到碳至关重要。
氧化数
在继续介绍结构之前，值得一提的是，给定价为2s 2 2p 2的电子构型，碳可以具有以下氧化数：+ 4，+ 2、0，-2和-4。
为什么？这些数字对应于以下假设：存在离子键，以便您与相应的电荷形成离子。即C 4+，C 2 +，C 0（中性），C 2-和C 4-。
为了使碳具有正的氧化数，它必须失去电子；为此，它必须与非常负电的原子（如氧）键合。
同时，为了使碳具有负氧化数，它必须通过与金属原子键合或比其负电性更低的金属原子（例如氢）来获得电子。
第一个氧化数+4表示碳失去了所有的价电子；2s和2p轨道保持为空。如果2p轨道失去其两个电子，则碳的氧化数将为+2；如果您获得两个电子，您将拥有-2；如果您通过完成价八位位组又获得了两个电子，则-4。
例子
例如，对于CO 2而言，碳的氧化数为+4（因为氧气更具负电性）；CH 4则为-4（因为氢的负电性较小）。
对于CH 3 OH，碳的氧化数为-2（H为+ 1，O为-2）；而对于HCOOH，它是+2（检查总和是否为0）。
其他氧化态（例如-3和+3）也是可能的，尤其是在涉及有机分子时。例如，在甲基中，-CH 3。
分子几何
上面的图像不仅显示了碳原子的轨道杂化，而且还显示了几个原子（黑球）连接到一个中心原子时所产生的分子几何形状。该中心原子在空间中具有特定的几何环境，必须具有允许其进行的相应化学杂交。
例如，对于四面体，中心碳具有sp 3杂化；因为这是四个sp 3混合轨道最稳定的安排。对于sp 2碳，它们可以形成双键并具有三角平面环境；因此这些三角形定义了理想的六边形。对于sp杂交，碳原子采用线性几何形状。
因此，在所有同素异形体的结构中观察到的几何形状仅由四面体（sp 3），六边形或五边形（sp 2）和线（sp）控制。
四面体定义了3D结构，而六边形，五边形和直线定义了3D或2D结构。后者是类似于蜂窝壁的平面或薄片：
蜂窝的六角形设计墙，类似于由sp2碳组成的平面。资料来源：
并且，如果我们折叠此六边形壁（五边形或混合形），我们将获得一个管（纳米管）或一个球（富勒烯）或其他图形。这些图形之间的相互作用导致了不同的形态。
非晶或结晶固体
除了可能的碳结构的几何形状，杂化或形态之外，其固体可以整体分为两类：无定形或晶体。在这两个分类之间，它们的同素异形体是分布的。
无定形碳只是一个呈现四面体，六边形或线的任意混合物而无法建立结构模式的碳。煤炭，木炭或活性炭，焦炭，烟灰等都是这种情况。
晶体碳由任何提议的几何形状组成的结构图案组成；例如，钻石（四面体的三维网络）和石墨（堆积的六角形薄片）。
取得
碳可以像石墨或金刚石一样纯净。这些分别在遍布全球和不同国家的各自矿床中发现。这就是为什么某些国家比其他国家更多地出口其中一种矿物的原因。简而言之，“必须挖掘地球”才能获得碳。
这同样适用于矿物煤及其类型。但是木炭却不是这种情况，因为富含碳的物体必须首先在火或电雷击中“灭亡”。当然，在没有氧气的情况下，否则会释放出CO 2。
整个森林都是像木炭一样的碳源。不仅是树木，还有动物。
通常，含碳样品必须进行热解（在没有氧气的情况下燃烧）以释放出一些杂质，例如气体。因此，富含碳的固体（无定形或晶体）残留。
应用领域
再次，如性质和结构一样，用途或应用与碳的同素异形体或矿物学形式一致。但是，除了一些众所周知的要点之外，还可以提及某些一般性。这些是：
-碳在获得纯金属中用作矿物质还原剂已有很长时间；例如，铁，硅和磷等。
-这是生命的基石，有机化学和生物化学是这种反射的研究。
-这也是化石燃料，它使第一批机器开始运转。同样，从中获得了用于旧照明系统的碳气体。煤炭是光，热和能量的代名词。
-以不同比例与铁混合作为添加剂，可以发明和改进钢。
-它的黑色是在艺术中产生的，尤其是石墨及其线条所产生的所有文字。
风险与预防措施
碳及其固体不构成任何健康风险。谁在乎一袋木炭？它们在某些市场的过道中成批出售，只要附近没有火，它们的黑块就不会燃烧。
另一方面，如果焦炭的硫含量高，则可能会带来危险。当它燃烧时，它会释放出硫磺气体，除了有毒之外，还会导致酸雨。尽管少量的CO 2不能使我们窒息，但它确实作为温室气体对环境产生了巨大影响。
从这个角度来看，碳是“长期的”危险，因为碳的燃烧改变了我们星球的气候。
从物理上讲，如果将固体或碳质材料粉碎，则很容易通过气流运输；因此，它们被直接引入肺部，这将不可避免地损害它们。
其余的，煮一些食物时通常会食用“木炭”。
参考文献
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