![碳[元素]](/img/2/fb7/nBnauM3X3QDOyMDM3UDNwADO1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL1QzLzUzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLzE2LvoDc0RHa.jpg "碳[元素]")
發現歷史
碳的英文名稱 carbon來源於拉丁文中煤和木炭的名稱 carbo，也來源於法語中的 charbon，意思是木炭。 在德國、荷蘭和丹麥，碳的名字分別是 Kohlenstoff、 koolstof、 kulstof，字面意思是煤物質。
碳在史前就已被發現，炭黑和煤是人類最早使用碳的形式。鑽石大約在公元前2500年被中國熟知 ，同時煤作為碳的形式在羅馬時代被使用的化學方式和現代一樣：通過在一個椎體建築物中加熱被黏土覆蓋的木材來排除空氣。 在1722年，René Antoine Ferchault de Réaumur證明鐵通過吸收一些物質能變成鋼，這種物質就是現在熟知的碳。 在1772年，安東尼·拉瓦錫表明鑽石是碳的一種存在形式，當他將一些鑽石和煤的樣品燃燒時，發現他們都不生成水，並且每克的鑽石和煤所產生的二氧化碳的量是相等的。在1779年，卡爾·威廉·舍勒表明一度被認為是鉛的存在形式的石墨實質上是混雜了少量鐵的碳的混合物 ，並且他給了當用硝酸氧化時，產物的名字 空氣中的酸（" aerial acid"），即二氧化碳。 在1786年，法國化學家Claude Louis Berthollet，Gaspard Monge 和 C. A. Vandermonde通過利用拉瓦錫處理鑽石的方法將石墨氧化，證明了石墨幾乎全部由碳組成。 1789年，拉瓦錫在他的教科書中將碳列在元素表中。
存在分布
礦藏形式
碳既以游離元素存在（金剛石、石墨等），又以化合物形式存在（主要為鈣、鎂以及其他電正性元素的碳酸鹽）。它以二氧化碳的形式存在，是大氣中少量但極其重要的組分。預計碳在地殼岩石中的總豐度變化範圍相當大，但典型的數值可取180ppm；按豐度順序，這個元素位於第17位，在鋇、鍶、硫之後，鋯、釩、氯、鉻之前。 石墨廣泛分布於全世界，然而大多數幾乎沒有價值。大量的晶體或薄片存在於變性的沉積矽酸鹽岩石中，如石英、雲母、片岩和片麻岩；晶體大小從不足1mm到6mm左右（平均4mm）。它沉積微扁豆狀礦體，可達30m厚，橫越田野，綿延數公里。平均含碳量達25%，但高的可達60%（馬爾加什）。選礦是利用氫氟酸和鹽酸處理後進行浮選，再在真空中加熱到1500℃。微晶石墨（有時稱為“無定形體”）存在於富碳的變性沉澱中，某些墨西哥的沉積物含有高達95%的碳。
金剛石出自古代火山的筒狀火成礫岩（火山筒），它嵌在一種比較柔軟的、暗色的鹼性岩石中，稱為“藍土”或“含鑽石的火成岩”，1870年在南非的吉姆伯利城，首次發現這樣的火山筒。 隨著地質年代的變遷，借火山筒的風化腐蝕，在沖刷砂礫中和海灘上也能找到金剛石。形成金剛石結晶的原始模式當代仍然是積極研究的課題。典型的含鑽石火山筒中金剛石的含量極低，數量級為500萬分之一，礦物必須用粉碎、淘洗這類機械方法分離並使其從塗有油膏的皮帶上通過，金剛石會粘在上面。這在某種程度上說明了寶石級金剛石價格極高的原因。
三種其他形式的碳被大規模製造並廣泛運用於工業：它們是焦炭、炭黑和活性炭。
自然界中的循環
碳循環的模式圖 在地麵條件下，一種元素從一處到另一處是很罕見的。因此，地球上的碳含量是一個有效常數。碳在自然界中的流動構成了碳循環。例如，植物從環境中吸收二氧化碳用來儲存生物質能，如碳呼吸和 卡爾文循環（一種碳固定的過程）。一些生物質能通過捕食而轉移，而一些碳以二氧化碳的形式被動物呼出。碳循環的結構要比右圖的模式圖複雜得多。例如，一些二氧化碳會溶解在海洋中，死去的植物或動物的遺骸可能會形成煤、石油和天然氣，這些可以通過燃燒釋放碳，而細菌不能利用得到。
恆星中的形成
3氦過程概貌 碳原子核的形成需要α粒子（氦核）在巨核或超巨星中發生幾乎同時的三重碰撞，這個過程稱為 三氦過程。這種核融合反應可以在超過一億度K的高溫和氦含量豐富的恆星內部迅速的發生。同樣的，他發生在較老年，經由質子-質子鏈反應和碳氮氧循環產生的氦，累積在核心的恆星。在核心的氫已經燃燒完後，核心將塌縮，直到溫度達到氦燃燒的燃點。反應的過程是：
He+ He→ Be （−93.7 keV）
Be+ He→ C （+7.367 MeV）
反應過程的淨能量釋放為1.166pJ。
另一個為恆星供能的融合機制是 CNO循環（ 碳-氮-氧循環，有時也稱為 貝斯-魏茨澤克-循環，是恆星將氫轉換成氦的兩種過程之一，另一種過程是 質子-質子鏈反應），其中碳作為催化劑使得反應能夠進行。
物理性質
同位素
現代已知的同位素共有十五種，有碳8至碳22，其中碳12和碳13屬穩定型，其餘的均帶放射性，當中碳14的半衰期長達5730年，其他的為穩定同位素。 在地球的自然界裡，碳12在所有碳的含量占98.93%，碳13則有1.07%。C的原子量取碳12、13兩種同位素豐度加權的平均值，一般計算時取12.01。碳12是國際單位制中定義摩爾的尺度，以12克碳12中含有的原子數為1摩爾。碳14由於具有較長的半衰期，衰變方式為β衰變，碳14原子轉變為氮原子 且碳是有機物的元素之一，生物在生存的時候，由於需要呼吸，其體內的碳14含量大致不變，生物死去後會停止呼吸，此時體內的碳14開始減少。人們可透過傾測一件古物的碳14含量，來估計它的大概年齡，這種方法稱之為碳定年法。
