碳的元素符号是C,原子量是12。

    在自然界里,碳主要是以化合态存在的,但也有游离态的碳存在。

    和前面讲过的氧相似,由碳元素组成的单质,也有多种同素异形体.碳的同素异形体有:金刚石、石墨和无定形碳,这三种碳的同素异形体,从外形上看来是很不相同的,但当它们在纯氧里燃烧的时候,结果都产生二氧化碳,而且除了二氧化碳以外,都没有别的产物.这就证明了它们都是由碳元素组成的单质,它们相互为碳的同素异形体。

    金刚石  纯净的金刚石是无色透明的物质,带有杂质的金刚石可以显现出不同的颜色,金刚石的晶体呈八面体形,光线照射在它上面的时候,容易折射出来,发出亮晶晶的美美丽的光彩,经过琢磨成一定形状的金刚石叫做金刚钻或钻石(图3・1)2是一种贵重的装饰品。

    刚石是相当重的物质,它的比重是3.5,这就是说它是同体积水重的3.5倍.金刚石极其坚硬,是一切天然出产的物质里最最坚硬的东西,因此要琢磨金刚石,只能用别的金刚石或金刚石的粉末由于金刚石的这种性质,它可以用来安裝在钴探机的钴头上来钴凿坚硬的岩层.此外,它还用来刻划玻璃。

    金刚石在自然界里存在的量很少,而且一般开采所得的金刚石的体积都不大,我国山东、浙江等某些地方出产金刚石。

    石墨  石墨是一种松软的、不透明的、灰黑色的、细鳞片状的晶体,用手摸它,有滑腻的感觉,石墨比金刚石轻,它的比重是2.2，
    和金刚石相反,石墨是最软的矿物之一,用我们的指甲就能在它上面刻划出痕迹.如果把石墨在纸上划过,它的微小的结晶,就会粘附在纸上,留下深灰色的痕迹.利用石墨的这种性质,把石墨和适量的粘土混和后,可以用来做铅笔的“铅芯”,摻进的粘土越多,制得的“铅芯”越“硬”。
    由于石墨具有柔软光滑的性质,在机油里掺进少量的石墨,用作机器的润滑剂,涂在机器的轴承部分,可以减少摩擦.
    石墨具有金属光泽.它能够导电,因此可以用来制造电极,例如炼钢的电炉里,有巨大的石墨电极;探照灯也用石墨做电极;我们常用的干电池里的碳精棒,也是用石墨制成的。
    石墨在纯氧中虽然可以燃烧,但在空气里却有耐火的性质,因此,把石墨和粘土混和在一起,制成石墨坩塌,可以用来熔炼金属.
    石墨在自然界里存在的量也不多,但比金刚石要多得多我国石墨的主要产地是河南、陕西、江苏等省。
    无定形碳  碳当有机物燃烧不完全时,或隔绝空气强热时,就能得到无定形碳。

   无定形碳的晶体非常微小,以前没有被人观察到,因把它误认为是一种没有一定结晶形状的非晶体,所以称做“无定形碳”.现在证明,无定形碳也是晶体,它是由许多极其微小的、和石墨结构相似的晶体无秩序地排列起来而组成的

    无定形碳由于制备时所用的原料不同,或者方法不同而有好多种,其中最重要的有炭黑、木炭①和焦炭等几种。

    1.炭黑油脂、木材、石油等含碳化合物在氧气供给不充分的情况下燃烧时产生的烟炱,叫做炭黑,炭黑是极细的黑色的碳的粉末,是比较纯粹的无定形碳。

    在橡胶里混入炭黑,可以增加橡胶制品的耐虅性,因此,炭黑大量应用在橡胶工业上。

    炭黑是很好的黑色颜料,用来制造黑色油墨.我国特制的墨,也是用炭黑做原料的。

    2.木炭  木炭是木柴在隔绝空气下强熟而制得的,它是不纯净的无定形碳,含有一些矿物杂质,木炭燃烧后,杂质残留成灰,灰的主要成分是碳酸钾(K2CO3).

    木炭燃烧时能发生很多的热,没有呛人的烟,适宜于在家庭里用作燃料.

    木炭在高温时能把金属氧化物还原成为单质的金属,因此,在冶金工业上,木炭常用作还原剂。

    木炭还用来制造黑火药.黑火药是我国唐代的伟大发明,它是木炭粉、硫磺粉和硝酸钾(KNO3)的混和物。

    木炭能够把某些蒸气或气体吸在它的表面上,气体、蒸气或某些溶解物质被吸在固体表面上的作用叫做吸附,通过下面的实验,将很容易地观察到木炭的吸附现象。

    在试管里集满红棕色的二氧化氮(NO2)气体,投入几小块加热过的木炭,用塞子塞住试管口,摇动试管,不久就可看到管内红棕色逐渐消失,这是因为二氧化氮气体被吸附在木炭表面上了,如果把试管里的木炭倒出,放进另一试管,加热,原来吸附在木炭表面上的二氧化氮气体会重新放出,显现出红棕的颜色。

①“碳”和炭”两字的含义不同.“碳”是指碳元素,“炭”专指各种无定形碳而言,例如木炭、焦炭活性炭等.

    吸附作用是在物质的表面进行的,物质的表面面积越大吸附能力就越强.在木材内部,有很多细小的管道,在木材干馏后所得的木炭里,仍保留有这种结构.由于木炭的这种多孔性,它的表面积很大,因此,它具有很强的吸附能力。

    为了加强木炭的吸附能力,常把木炭在隔绝空气下加热,并且通入水蒸气的气流,使留在木炭孔隙里的杂质清洗或挥发掉,扩大木炭里面的空隙,这就增加了木炭的表面积.经过这样处理的木炭,叫做活性炭,活性炭的表面积比木炭大得多,普通1克木炭的表面积大约有100~150平方米,而1克活性炭的表面积可达500~700平方米.从而,活性炭的吸附能力也比木炭强得多。

    活性炭对各种不同气体的吸附能力并不完全相同。一般说来,活性炭对那些沸点比较高、容易液化的气体的吸附能力要强些,例如,1毫升的活性炭在15°C和常压下能吸附各种气体的体积,如表3.1所示：

    大部分有毒的(例如氯气)和有恶奥的气体(例如氨气)的沸点都比较高(见上表).利用活性炭这种对气体有选择性的吸附能力,可以把它用做防毒面具里的毒气吸附剂.当混有毒气(例如氯气)的空气,经过防毒面具滤毒罐里的活性炭层时,几乎全部有毒气体都被吸附掉,而人呼吸需要的空气里的氧气只有很少被吸附,起着“过滤”的作用。

    活性炭不仅能够吸附气体,并且能够吸附溶解在溶液里的某些物质(例如色素).在盛有靛蓝(一种蓝色的染料)溶液的试管中,放进少量活性炭,加热煮沸,过滤后得到无色的液体,这是因为溶液里的染料已被活性炭所吸附的缘故。

    在制糖工业上,用活性炭脱去糖浆的黄色,制造精白糖。

    活性炭还能吸附某些病毒①,可用作药品。

    3.焦炭  焦炭是煤在隔绝空气下强热而得的.焦炭的主要成分是游离态的碳,它含有的灰分比木炭多焦炭是浅灰色的多孔物质,质地坚硬.在炼铁的高炉里,用焦炭来还原铁矿石,可以经受得住炉内厚层原料的巨大压力。