碳里化學(xué)知多少

1、碳里化學(xué)知多少云南省紅河州蒙自高級(jí)中學(xué)云南省紅河州蒙自高級(jí)中學(xué)661100曾軍碳是一種非常常見(jiàn)的元素，人類(lèi)使碳是一種非常常見(jiàn)的元素，人類(lèi)使用碳的歷史可以追溯到青銅器時(shí)代，而用碳的歷史可以追溯到青銅器時(shí)代，而人類(lèi)最早利用的碳要屬木炭，木炭不僅人類(lèi)最早利用的碳要屬木炭，木炭不僅被人們用作燃料，而且還被用作還原劑被人們用作燃料，而且還被用作還原劑（參見(jiàn)銅元素）（參見(jiàn)銅元素）。而在高中化學(xué)教材中，。而在高中化學(xué)教材中，對(duì)這種歷史悠久的物質(zhì)的知識(shí)

2、要求不是對(duì)這種歷史悠久的物質(zhì)的知識(shí)要求不是很多，所以在教學(xué)中有必要對(duì)碳的化學(xué)很多，所以在教學(xué)中有必要對(duì)碳的化學(xué)方面的知識(shí)進(jìn)行一個(gè)較深入的拓展和探方面的知識(shí)進(jìn)行一個(gè)較深入的拓展和探究。本文主要從以下六個(gè)方面進(jìn)行闡述：究。本文主要從以下六個(gè)方面進(jìn)行闡述：一，碳為何為一，碳為何為“碳”碳的拉丁語(yǔ)為碳的拉丁語(yǔ)為Carbonium，意為，意為“煤，木炭煤，木炭”。在周期表中的元素的名稱(chēng)有一個(gè)規(guī)在周期表中的元素的名稱(chēng)有一個(gè)規(guī)律，那就是金屬一般為律，

3、那就是金屬一般為‘钅’字旁，氣字旁，氣態(tài)非金屬為態(tài)非金屬為‘氣’字頭，固態(tài)的非金屬字頭，固態(tài)的非金屬為‘石’字旁，液態(tài)的非金屬為字旁，液態(tài)的非金屬為‘氵’旁，漢字旁，漢字“碳”是由固態(tài)的木炭的是由固態(tài)的木炭的“炭”字加固體非金屬元素的加固體非金屬元素的‘石’字旁構(gòu)成，字旁構(gòu)成，從炭字音。從炭字音。二，碳元素的基本知識(shí)二，碳元素的基本知識(shí)碳是一種非金屬元素，位于元素周碳是一種非金屬元素，位于元素周期表的第二周期期表的第二周期IVAIVA族

4、。它的元素符號(hào)族。它的元素符號(hào)是C，原子序數(shù)為，原子序數(shù)為6，原子核外電子排，原子核外電子排布結(jié)構(gòu)參照右圖（布結(jié)構(gòu)參照右圖（1）。碳是以多種形）。碳是以多種形式（包括游離態(tài)、化合態(tài)）廣泛存在于式（包括游離態(tài)、化合態(tài)）廣泛存在于大氣和地殼之中。碳大氣和地殼之中。碳的一系列化合物的一系列化合物——有機(jī)物更是生命的根有機(jī)物更是生命的根本，所以碳還有有機(jī)本，所以碳還有有機(jī)世界的主角的稱(chēng)號(hào)。世界的主角的稱(chēng)號(hào)。三，碳的同位素三，碳的同位素碳的同位素

5、，目前已知的共有十二種，分別是8C、9C、10C、11C、12C、13C、14C、15C、16C、17C、18C、19C，其中12C和13C屬穩(wěn)定型，其余的均帶放射性，14C的半衰期長(zhǎng)達(dá)五千多年，其他的均全不的半衰期長(zhǎng)達(dá)五千多年，其他的均全不足半小時(shí)。足半小時(shí)。在地球的自然界里，在地球的自然界里，1212C在所有碳在所有碳的含量占的含量占98.93%98.93%，1313C則有則有1.07%1.07%。C的相對(duì)原子質(zhì)量取的相對(duì)原子質(zhì)量取

6、1212C、1313C兩種同位兩種同位素豐度加權(quán)的平均值，一般計(jì)算時(shí)取素豐度加權(quán)的平均值，一般計(jì)算時(shí)取12.0112.01。1212C是國(guó)際單位制中定義摩爾的標(biāo)是國(guó)際單位制中定義摩爾的標(biāo)準(zhǔn)，以準(zhǔn)，以1212克1212C中含有的原子數(shù)定義中含有的原子數(shù)定義為1摩爾。摩爾。1414C由于具有較長(zhǎng)的半衰期，由于具有較長(zhǎng)的半衰期，被廣泛用來(lái)測(cè)定古物的年代。被廣泛用來(lái)測(cè)定古物的年代。四，碳的同素異形體及其結(jié)構(gòu)四，碳的同素異形體及其結(jié)構(gòu)和用途和用途

7、碳的單質(zhì)就目前已知及對(duì)相關(guān)報(bào)道碳的單質(zhì)就目前已知及對(duì)相關(guān)報(bào)道的總結(jié)，以多種同素異形體及新型無(wú)機(jī)的總結(jié)，以多種同素異形體及新型無(wú)機(jī)材料的形式存在，主要有金剛石、石墨、材料的形式存在，主要有金剛石、石墨、富勒烯、碳納米管、碳纖維、無(wú)定形碳、富勒烯、碳納米管、碳纖維、無(wú)定形碳、六方金剛石、趙石墨、碳?xì)饽z及碳納六方金剛石、趙石墨、碳?xì)饽z及碳納米泡沫，本文主要介紹其中的五種：米泡沫，本文主要介紹其中的五種：1，金剛石，金剛石金剛石俗稱(chēng)鉆石，晶

8、瑩美麗，光彩金剛石俗稱(chēng)鉆石，晶瑩美麗，光彩奪目，是自然界最硬的物質(zhì)。在所有物奪目，是自然界最硬的物質(zhì)。在所有物質(zhì)中，質(zhì)中，它的硬度最大。測(cè)定物質(zhì)硬度的刻劃法規(guī)定，以金剛石的硬度為10來(lái)度量其它物質(zhì)的硬度。例如。例如CrCr的硬度為的硬度為9，F(xiàn)eFe為4.54.5，PbPb為1.51.5，鈉為，鈉為0.40.4等。等。在所有非金屬單質(zhì)在所有非金屬單質(zhì)中，金剛石的熔點(diǎn)中，金剛石的熔點(diǎn)624圖（1）Cnanotubenanotube，是普通

9、石墨的一個(gè)奇異變種。，是普通石墨的一個(gè)奇異變種。純碳納米管每克售價(jià)純碳納米管每克售價(jià)10001000元，價(jià)元，價(jià)格為黃金的格為黃金的1010倍。在過(guò)去一段時(shí)期，倍。在過(guò)去一段時(shí)期，普通石墨就在科學(xué)家們的手中，變成了普通石墨就在科學(xué)家們的手中，變成了碳納米管，它就像是一根魔術(shù)棒，不斷碳納米管，它就像是一根魔術(shù)棒，不斷變換出各種新花樣，使得碳納米管成為變換出各種新花樣，使得碳納米管成為納米科技的新寵。納米科技的新寵。5，碳纖維，碳纖維碳纖維

10、的英文名稱(chēng)為碳纖維的英文名稱(chēng)為FilamentousFilamentouscarboncarbon，是一種主要由碳元素組成的特，是一種主要由碳元素組成的特種纖維，其含碳量隨種類(lèi)不同而異，一種纖維，其含碳量隨種類(lèi)不同而異，一般90%90%以上，從理論上講，碳纖維也是以上，從理論上講，碳纖維也是一種無(wú)定形碳。一種無(wú)定形碳。碳纖維是由含碳量較高、在熱處理碳纖維是由含碳量較高、在熱處理過(guò)程中不熔融的人造化學(xué)纖維，經(jīng)熱穩(wěn)過(guò)程中不熔融的人造化學(xué)纖維

11、，經(jīng)熱穩(wěn)定氧化處理、碳化處理及石墨化等工藝定氧化處理、碳化處理及石墨化等工藝制成的。制成的。碳纖維的主要用途是與樹(shù)脂、金屬、碳纖維的主要用途是與樹(shù)脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合，做成結(jié)構(gòu)材料及復(fù)合陶瓷等基體復(fù)合，做成結(jié)構(gòu)材料及復(fù)合材料，廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域、體育材料，廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域、體育器械、紡織、化工機(jī)械及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。器械、紡織、化工機(jī)械及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。五，碳的循環(huán)五，碳的循環(huán)碳的循環(huán)從循環(huán)對(duì)象所在區(qū)域可以碳的循環(huán)從循環(huán)對(duì)象所在區(qū)域可以

12、分為以下兩個(gè)部分，無(wú)機(jī)自然界和有機(jī)分為以下兩個(gè)部分，無(wú)機(jī)自然界和有機(jī)生物圈中的碳循環(huán)，在無(wú)機(jī)自然界中，生物圈中的碳循環(huán)，在無(wú)機(jī)自然界中，主要是以化石燃料的燃燒、巖石的風(fēng)化主要是以化石燃料的燃燒、巖石的風(fēng)化和溶解、火山爆發(fā)等形式從游離態(tài)的碳和溶解、火山爆發(fā)等形式從游離態(tài)的碳或化合態(tài)的碳化合物轉(zhuǎn)化為大氣中的二或化合態(tài)的碳化合物轉(zhuǎn)化為大氣中的二氧化碳，而有機(jī)生物圈中的碳循環(huán)主要氧化碳，而有機(jī)生物圈中的碳循環(huán)主要形式是從大氣的二氧化碳蓄庫(kù)開(kāi)始，

13、經(jīng)形式是從大氣的二氧化碳蓄庫(kù)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)生產(chǎn)者的光合作用，把碳固定，生成過(guò)生產(chǎn)者的光合作用，把碳固定，生成糖類(lèi)，然后經(jīng)過(guò)消費(fèi)者和分解者，通過(guò)糖類(lèi)，然后經(jīng)過(guò)消費(fèi)者和分解者，通過(guò)呼吸和殘?bào)w腐敗分解后，再回到大氣蓄呼吸和殘?bào)w腐敗分解后，再回到大氣蓄庫(kù)中。庫(kù)中。此外，碳的循環(huán)若以此外，碳的循環(huán)若以COCO2的生成和的生成和消耗來(lái)考慮，又可以分為碳吸收和碳釋消耗來(lái)考慮，又可以分為碳吸收和碳釋放兩個(gè)過(guò)程，碳吸收是指將碳從大氣中放兩個(gè)過(guò)程，碳吸收是指將

14、碳從大氣中移除出去，實(shí)際上是指移除出去，實(shí)際上是指COCO2轉(zhuǎn)化為其他轉(zhuǎn)化為其他化合物的過(guò)程，例如，綠色植物進(jìn)行光化合物的過(guò)程，例如，綠色植物進(jìn)行光合作用時(shí)要吸收二氧化碳，使合作用時(shí)要吸收二氧化碳，使COCO2從大從大氣中移除，而碳釋放是指含碳的物質(zhì)經(jīng)氣中移除，而碳釋放是指含碳的物質(zhì)經(jīng)過(guò)化學(xué)變化或物理變化轉(zhuǎn)化為過(guò)化學(xué)變化或物理變化轉(zhuǎn)化為COCO2氣體，氣體，重新回到大氣中的過(guò)程，例如，燃燒木重新回到大氣中的過(guò)程，例如，燃燒木材和礦物燃料