碳以碳-12的形式自然存在，幾乎占宇宙碳的99%。碳-13約占宇宙中碳的1%；碳-14在宇宙碳總量中占很小壹部分，但在有機物測年中非常重要。
只是實際原子序數(原子核內質子數):6個原子符號(元素周期表上):C原子量(平均原子質量):12.0107密度:2.2670 g/cm3室溫相:固體熔點:6422華氏度(3550攝氏度)沸點:6872華氏度(。兩種穩定同位素，是同壹元素的原子，具有不同的中子數。最常見的同位素:碳-12(6個質子、6個中子和6個電子)和碳-13(6個質子、7個中子和6個電子)碳:根據Swinburne天體物理中心的數據，從恒星到生命，碳作為宇宙中第六豐富的元素，在恒星腹部形成了壹個被稱為三阿爾法過程的反應超級計算。
在那些燃燒了大部分氫的老恒星中，剩余的氦積累起來。每個氦核有兩個質子和兩個中子。在非常熱的溫度下——大於10000000歐凱文(17999540.6 f)——氦核開始聚變，首先是四個質子鈹核成對不穩定，最後當足夠多的鈹核閃光時，變成鈹加氦。最終的結果是:壹個有六個質子和六個中子的原子——碳。
雖然科學家有時會將電子概念化為在某個殼層中圍繞原子核旋轉，但實際上它們是以不同的距離圍繞原子核飛行的；這種對碳原子的看法可以在兩張電子雲圖中看到(下圖)，顯示了單個星團(所謂的S軌道)和壹個雙葉星團或雲(p軌道)中的電子。(物理評論B，doi:10.1103/physrevb . 80.165404)碳是壹個模型制造商。它可以自我連接，形成長的彈性鏈，稱為聚合物。由於它的電子排列，它還可以與多達四個其他原子結合。原子排列在被電子雲包圍的原子核中，電子與原子核之間的距離是不同的。根據加州大學戴維斯分校的說法，化學家將這些距離想象成外殼，並根據每個外殼中的物質來定義原子的屬性。碳有兩個電子層，第壹個可以裝兩個電子，第二個可以裝八個空間中的四個。當原子結合時，它們享受最外層的電子。碳的外殼有四個空位，這使它能夠與其他四個原子結合。(也可以通過形成雙鍵和三鍵與較少的原子穩定結合。)
換句話說，碳可以選擇。據網站Chemistry介紹，它使用的是碳:已發現近654.38+00萬種碳化合物，科學家估計碳是95%已知化合物的基石。碳與許多其他元素結合的驚人能力是它對幾乎所有生命都必不可少的主要原因之壹。史前人類知道這種元素以木炭的形式存在。根據世界煤炭協會的數據，碳作為煤炭，仍然是世界上主要的燃料來源，提供了全球約30%的能源。煤也是鋼的生產原料，碳的另壹種形式石墨是壹種常見的工業潤滑劑。
碳-14是碳的放射性同位素，考古學家用它來測定物品和遺骸的年代。碳-14自然存在於大氣中。根據科羅拉多州立大學的說法，植物在呼吸過程中吸收糖，將光合作用中產生的糖轉化為生長和維持其他過程的能量。動物通過食用植物或其他以植物為食的動物將碳-14吸收到體內。根據亞利桑那大學的研究，碳-14的半衰期是5730年，也就是說過了這個時間，樣品中的碳-14會有壹半衰變。
因為生物死後不再吸收碳-14，所以科學家可以用碳-14的半衰期作為時鐘來測算死後的時間。這種方法適用於前生物，包括由木頭或其他植物材料制成的物體。
誰知道呢？碳的名字來源於拉丁語carbo，意思是“煤”。金剛石和石墨分別是已知的最硬和最軟的天然材料。它們之間唯壹的區別是它們的晶體結構。根據《地球百科全書》，碳占地球巖石圈(地殼和外地幔)重量的0.032%。德克薩斯大學的地質學家大衛·史密斯粗略估計巖石圈的重量為30億日元(或3× 10 23)磅，使得巖石圈中碳的大致重量為10560億日元(或1.056× 10 22)磅。根據美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)的數據，二氧化碳(壹個碳原子加兩個氧原子)占地球大氣的0.04%，因為工業燃料的燃燒導致了工業時代的增加。壹氧化碳(壹個碳原子加壹個氧原子)是燃燒化石燃料產生的無味氣體。壹氧化碳通過與血液中攜帶氧氣的血紅蛋白結合而死亡。據《英國皇家醫學會雜誌》發表的2001論文，壹氧化碳與血紅蛋白的結合強度比氧氣強210倍，有效擠出氧氣，使組織窒息。鉆石是最亮的碳形式，它是在地殼深處的巨大壓力下形成的。皇家收藏信托基金會稱，迄今發現的最大寶石級鉆石是1905年發現的庫裏南鉆石。未切割的鉆石為3106.75克拉。這顆寶石切割出的最大寶石重達530.2克拉，是英國皇冠上的寶石之壹，被稱為非洲巨星。根據2009年《考古學雜誌》的壹項研究，在阿爾卑斯山發現的5300歲的冰人奧茲的紋身是用碳墨繪制的。在皮膚上開壹個小口，用木炭擦拭，可能是針灸治療的壹部分。正在進行的研究碳是長期研究的壹個要素，但這並不意味著沒有更多的發現。事實上，我們的史前祖先作為木炭燃燒的元素，可能是下壹代科技材料的關鍵。
得克薩斯州萊斯大學的裏克·斯馬利和羅伯特·柯爾及其同事發現了壹種新的碳形式。據美國化學學會報道，科學家通過激光蒸發石墨，創造了壹種由純碳制成的神秘新分子。這個分子原來是壹個足球形狀的球體，由60個碳原子組成。研究小組將他們的發現命名為巴克明斯特富勒烯，以壹位設計短程線穹頂的建築師命名。這種分子現在被稱為“巴基球”，發現它的研究者以1996獲得了諾貝爾化學獎。根據2009年發表在《化學信息與建模》雜誌上的壹項研究，發現巴基球可以抑制艾滋病病毒的傳播。醫學研究人員正致力於將藥物壹個分子壹個分子地附著在巴基球上，從而將藥物直接送到身體受感染或腫瘤的部位；這包括來自哥倫比亞大學、萊斯大學和其他機構的研究。
從那以後，人們發現了其他新的純碳分子，稱為富勒烯，包括橢圓形的“buckyeggs”和具有驚人導電性的碳納米管。碳化學仍然是獲得諾貝爾獎的熱門領域:據諾貝爾基金會報道，2010年，日本和美國的研究人員在研究如何利用鈀原子連接碳原子時獲得了大獎，鈀原子是壹種制造大型復雜碳分子的方法。在與這些碳納米材料的合作中，他們直接構建了科幻小說中的材料。NealNethsNournal的壹篇2010論文報道了壹種柔性導電織物的發明，這種織物被用於碳納米管。它可以用來儲存能量，也許可以為可穿戴電池、太陽能電池和其他電子產品鋪平道路。涉及壹種“神奇材料”石墨烯。石墨烯是壹層只有壹個原子厚的碳。它是已知最堅固的材料，同時還超輕且柔韌。並且它的導電性比銅好，
石墨烯的大規模生產是壹個挑戰，盡管研究人員在2014年4月報告說，除了廚房攪拌器，他們什麽都不用做。如果科學家們能夠找出如何輕松地制造大量石墨烯，這種材料將在技術上變得巨大。想象壹下，柔軟而不易碎的小玩意恰好是薄紙。事實上，碳已經從木炭和鉆石走了很長的路。
碳納米管碳納米管(CNT)是由碳原子組成的微小的稻草狀結構。這些電子管在各種電子、磁性和機械技術中非常有用。這些管子的直徑非常小，可以用納米來測量。納米是壹米的十億分之壹，大約比人類的頭發小10000倍。根據納米科學儀器，
碳納米管的強度至少是鋼的100倍，但只有鋼的六分之壹，因此它們可以增加幾乎任何材料的強度。它們在導電性和導熱性方面也優於銅。
納米技術正被應用於將海水轉化為飲用水的探索中。在壹項新的研究中，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的科學家開發了壹種碳納米管工藝，這種工藝可以比傳統工藝更有效地從海水中提取鹽。
比如傳統的海水淡化工藝，是在高壓下抽取海水，通過反滲透膜輸送。然後，這些膜會排斥所有大顆粒，包括鹽，只允許幹凈的水通過。然而，根據LLNL的說法，這些海水淡化廠非常昂貴，只能處理壹個縣的水需求的大約65，438+00%。在納米管的研究中
生物膜的結構是模擬的:它本質上是膜上有孔的基質。他們使用的納米管極其微小，比人的頭發還要細5萬多倍。這些微小的納米管允許非常高的水通量，但它們非常窄，壹次只能有壹個水分子通過管子。最重要的是，鹽離子太大，無法通過管道。
研究人員認為，這壹新發現對下壹代凈水技術和高通膜技術具有重要意義。
《生命科學》撰稿人Traci Pedersen補充報道。
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了解更多關於碳的信息:
傑弗遜實驗室:元素碳美國國家航空航天局地球觀測站:碳循環史密森學會:關於碳和鉆石的壹切