该碳原子也许是最重要的，象征性的所有元素，正是因为有了它生命的存在是可能的。它本身不仅包裹着几个电子或一个带有质子和中子的原子核，而且还包裹着星尘，后者最终结合并形成了生物。
同样地，在地壳中也发现了碳原子，尽管它的丰度无法与铁，碳酸盐，二氧化碳，石油，钻石，碳水化合物等金属元素相比，但它们却是其中的一部分。其物理和化学表现。
资料来源：GabrielBolívar
但是碳原子是什么样的呢？不正确的第一张草图是在上图中看到的草图，其特征将在下一部分中介绍。
碳原子遍布大气，海洋，地下土壤，植物和任何动物。其巨大的化学多样性归因于其键的高度稳定性以及它们在空间中的排列方式。因此，您一方面拥有光滑而润滑的石墨；另一方面 另一方面，钻石的硬度超过许多材料。
如果碳原子不具有表征它的性质，那么有机化学就不会完全存在。一些有远见的人通过同素异形结构（碳纳米管，石墨烯，富勒烯等）的设计和功能化，在其中看到了未来的新材料。
碳原子的特征
碳原子用字母C表示。其原子序数Z为6，因此具有六个质子（在原子核中带有符号“ +”的红色圆圈）。此外，它有六个中子（带字母“ N”的黄色圆圈）和最后六个电子（蓝星）。
其原子粒子质量的总和为12.0107 u。但是，图像中的原子对应于由d组成的碳12（12 C）同位素。其他同位素，例如13 C和14 C，丰度较差，仅中子数发生变化。
因此，如果绘制出这些同位素，则13 C将具有一个额外的黄色圆圈，而14 C将具有另外两个黄色圆圈。从逻辑上讲，这意味着它们是较重的碳原子。
除此之外，在这方面还可以提及哪些其他特征？它是四价的，也就是说，它可以形成四个共价键。它位于周期表的第14组（IVA）中，更具体地说，位于块p中。
它也是一个非常通用的原子，能够与元素周期表的几乎所有元素键合；特别是其自身，形成线性，支化和层状的大分子和聚合物。
结构体
碳原子的结构是什么？要回答这个问题，首先必须转到其电子配置：1s 2 2s 2 2p 2或2s 2 2p 2。
因此，有三个轨道：1秒2，2S 2，和2P 2，每个具有两个电子。这也可以在上图中看到：三个带有两个电子的环（蓝星）（不要把这些环误认为是轨道：它们是轨道）。
但是请注意，其中两颗恒星比其余四颗恒星具有更深的蓝色阴影。为什么？因为前两个对应于不直接参与化学键形成的内层1s 2 o；而外壳中的电子2s和2p起作用。
s和p轨道的形状不同，因此所示原子与现实不符。除了电子与原子核之间的距离存在很大的不均衡外，该距离应大数百倍。
因此，碳原子的结构由三个轨道组成，其中电子“融化”成模糊的电子云。在原子核与这些电子之间存在一个距离，该距离揭示了原子内部的巨大“空隙”。
杂种
前面提到碳原子是四价的。根据其电子结构，其2s电子成对而2p未成对：
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有一个可用的p轨道，它是空的，并在氮原子（2p 3）处充满了一个附加电子。
根据共价键的定义，每个原子都必须贡献一个电子才能形成它。但是，可以看出，在碳原子的基态中，它只有两个不成对的电子（每个2p轨道一个）。这意味着在此状态下它是一个二价原子，因此，它仅形成两个键（–C–）。
那么碳原子怎么可能形成四个键？为此，必须将电子从2s轨道提升到高能2p轨道。完成后，所得的四个轨道将退化。换句话说，它们具有相同的能量或稳定性（请注意它们是对齐的）。
这个过程被称为杂交，由于它，碳原子现在具有四个sp 3轨道，每个轨道有一个电子，形成四个键。这是由于其具有四价特征。
SP
当碳原子具有sp 3杂化时，它会将其四个杂化轨道定向到四面体的顶点，这是其电子几何形状。
因此，可以识别sp 3碳，因为它仅形成四个简单的键，如在甲烷分子（CH 4）中。在此周围可以观察到四面体环境。
sp 3轨道的重叠是如此有效和稳定，以至于单键CC的焓为345.6 kJ / mol。这就解释了为什么有无穷尽的碳酸盐结构和无数的有机化合物。除此之外，碳原子还可以形成其他类型的键。
SP
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碳原子还能够采用其他杂交，这将使其形成双键甚至三键。
如图所示，在sp 2杂交中，存在3个简并的sp 2轨道，一个2p轨道保持不变或“纯”。三个sp 2轨道相距120º，碳形成三个共价键，形成一个三角平面电子几何形状。而2p轨道垂直于其他三个轨道，则形成一个π键：–C = C–。
在sp杂交的情况下，两个sp轨道相距180º，以使它们绘制线性电子几何。这次，它们有两个彼此垂直的纯2p轨道，这些轨道允许碳形成三键或两个双键：–C≡C–或··C = C = C··（中心碳原子具有sp杂化作用）。
请注意，总是（通常）如果在碳周围添加键，将发现该数目等于4。绘制Lewis结构或分子结构时，此信息必不可少。从理论和实验上讲，形成五个键（= C（C）的碳原子都是不允许的。
分类
碳原子如何分类？实际上，它不仅取决于内部特性，还取决于分子环境。即，在分子内，其碳原子可以根据以下分类。
主
伯碳是仅与另一个碳键合的碳。例如，乙烷分子CH 3 -CH 3由两个键合的伯碳组成。这标志着碳链的结束或开始。
次要的
它是与两个碳原子相连的一个。因此，对于丙烷分子CH 3 - CH 2 -CH 3，中间碳原子是仲碳原子（亚甲基-CH 2-）。
第三
叔碳与其余碳不同，因为主链的分支从它们中出现。例如，2-甲基丁烷（也称为异戊烷），CH 3 - CH（CH 3）-CH 2 -CH 3具有以粗体突出显示的叔碳。
第四纪
最后，顾名思义，季碳与其他四个碳原子相连。新戊烷分子C（CH 3）4具有季碳原子。
应用领域
原子质量单位
12 C 的平均原子质量用作计算其他元素质量的标准度量。因此，氢占该碳同位素的十二分之一，这是用来定义所谓的原子质量单位u的。
因此，可以将其他原子质量与12 C和1 H的原子质量进行比较。例如，镁（24 Mg）的重量大约是碳原子的两倍，而氢原子的重量是氢原子的24倍。
碳循环与寿命
植物在光合作用过程中吸收CO 2，将氧气释放到大气中并充当植物的肺。当它们死亡时，它们变成木炭，燃烧后再释放出CO 2。一部分返回到植物，但另一部分最终到达海床，滋养了许多微生物。
当微生物死亡时，残留在其生物分解物中的固体就会沉淀下来，数百万年之后，它便转化为所谓的油。
当人类将这种油用作燃烧煤炭的替代能源时，它有助于释放更多的CO 2（和其他不良气体）。
另一方面，生命从最底层开始使用碳原子。这是由于其键的稳定性，使它能够形成构成与DNA一样重要的大分子的链和分子结构。
核磁共振光谱
在13 ℃，尽管它是在低得多的比例12 C，它们的丰度是足以通过核磁共振光谱法的碳13阐明的分子结构。
由于这种分析技术，可以确定13 C 周围的原子以及它们所属的官能团。因此，可以确定任何有机化合物的碳骨架。
参考文献
- 格雷厄姆·所罗门斯（TW），克雷格·弗莱尔（Craig B. Fryhle）。有机化学。胺类 （第10版。）Wiley Plus。
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