千变万化的碳

摘要

碳的家族可谓人丁兴旺,由碳元素组成的物质分为碳单质和碳的化合物两大类。不论是碳单质还是碳的化合物,碳在其中千变万化,多种多样。碳单质虽然都是由碳原子构成的,但这些碳原子的排列方式不同,所以构成了不同的碳单质。例如,美丽的金刚石中,碳原子的排列呈立体网状(图1),因此金刚石很硬;用途广泛的石墨中,碳原子的排列呈平面网状(图2),因此石墨很软;而超导领域中的C60中,60个碳原子则排列成形似足球的球状(图3),所以C60具有非常独特的性质。图1图2图3碳在化合物中的存在形式就更多了。世界上含碳的化合物占已发现的纯净物中的绝大部分。由于这些化合物中的碳原子与其他原子以不同的数目比结合在一起,所以构成了不同的分子,进而构成了不同的物质,表现出了物质性质上的巨大差异。例如:我们熟悉的一氧化碳和二氧化碳,其分子都是由碳原子和氧原子构成的(图4、图5),但构成CO、CO2分子的氧原子数目不同,即二者的分子不同,由于分子是保持物质化学性质的最小粒子,所以二者的化学性质不同。如CO有还原性,CO2没有还原性;CO有毒性,CO2没有毒性;CO能燃烧,CO2不能燃烧;CO不能与水反应,CO2能与水反应;CO不能使澄清石灰水变浑浊,...