碳 C

发现历史

早在史前时代，人类就以烟炱和木炭的形式认识了碳，并用它们绘制洞穴壁画、冶炼金属。古印度人珍视钻石。但没有人知道，这些看起来天差地别的物质其实是同一种元素。

18世纪70年代，安托万·拉瓦锡证明钻石燃烧后会像木炭一样生成“固定空气”，也就是今天所说的二氧化碳。1796年，史密森·坦南特证明等质量的钻石和木炭燃烧后产生等量的二氧化碳，从而确认钻石是纯碳。长期被误认为一种铅的石墨，则在1779年由卡尔·威廉·舍勒确认是碳。

20世纪又揭示了碳的新形态。形如足球的C60分子——巴克敏斯特富勒烯——于1985年被发现，并在1996年获得诺贝尔奖。1991年，碳纳米管得到详细描述；2004年，安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫分离出单原子层的石墨 石墨烯，二人因此获得2010年诺贝尔物理学奖。

名称由来

名称来自拉丁语 carbo，意为木炭或煤。拉瓦锡在1789年的元素表中列入了carbone。元素符号为 C。中文“碳”由表示非金属固体的石字旁加上“炭”字构成，与指木炭的“炭”既同音又同源。

主要用途

• 能源：煤、石油和天然气这些含碳燃料至今仍供应着世界大部分能源。
• 钢铁：少量的碳就能把铁变成钢，焦炭则用来还原铁矿石。
• 材料：石墨用于铅笔、润滑剂和电池负极；碳纤维可制成轻而坚固的体育用品和飞机部件。
• 工业：金刚石用于切割和抛光坚硬材料；活性炭用于净化水和空气。
• 化学：塑料、药物、染料和溶剂都是以碳为基础的有机化合物。

同位素

碳有两种稳定同位素：约占98.9%的 碳-12 和约占1.1%的 碳-13。碳-12是原子质量单位的定义基准。碳-13用于核磁共振波谱，也用于检测胃部感染的呼气试验。

碳-14 具有放射性，半衰期约为 5,730年。它在高层大气中不断生成并进入生物体；生物死亡后，其含量稳定衰减，科学家借此可以测定距今约5万年以内的有机遗存的年代。威拉德·利比创立了这种放射性碳测年法，并获得1960年诺贝尔化学奖。

日常生活中

碳约占人体质量的18%。植物通过光合作用吸收二氧化碳，动物则在呼吸时将其释放。燃烧化石燃料已使大气中的二氧化碳浓度远高于工业化前的水平，推动了气候变化。

不完全燃烧产生的一氧化碳无色无味，却是一种毒气，因此使用燃料型家电的住宅最好安装一氧化碳报警器。