构建万物的碳,究竟有多少种形态?

今天是2019年12月12日,星期四。

从化学的角度出发,如果说到生命产生的物质基础,那一定是有机物,而狭义上的有机物,主要是由碳元素和氢元素组成,一定是含碳的化合物。

碳是一种很常见的元素,它以多种形式广泛存在于大气和地壳和生物之中。碳能在化学上自我结合而形成大量化合物,在生物上和商业上是重要的分子。生物体内绝大多数分子都含有碳元素。

说到碳,其实它早在史前就已经被发现了,后来人们用来生火取暖的煤、用来写字绘画的炭黑,其实都是碳存在于自然界中的一种形式。直到现在,炭黑、焦炭和活性炭仍然以碳的三种其他形式被大规模的制造并广泛应用于工业领域。

碳单质

比起碳的化合物,我们更熟悉的应该是碳单质。乍一听这三个字有一些陌生,但如果要说到钻石,想必大家瞬间就开始感兴趣了。

“一颗永流传”的钻石,它的原身其实就是金刚石,它是一种由碳元素组成的矿物,是碳元素的同素异形体。

同素异形体:指由同样的单一化学元素组成,因排列方式不同,而具有不同性质的单质。比如氧气和臭氧,白磷和红磷,金刚石和石墨。

金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质,所以除了被打磨成钻石以外,金刚石本身的用途也非常广泛,像工业上许多机器的切割部件就是用金刚石打造的。

金刚石们↑

另一个我们比较熟悉的碳单质是石墨,它广泛分布于全世界,然而大部分其实都没什么价值。作为碳的另一种同素异形体,石墨因为其稳定的化学性质,耐腐蚀且不易与酸、碱物质发生反应,所以进可做原子反应堆中的中子减速剂,退可做铅笔中的笔芯部分,还能兼做耐火材料、导电材料、润滑材料、防辐射材料等等,能屈能伸,堪称典范。

石墨做的↑

碳单质还有很多,像C60、C70、无定形碳、石墨烯等等,都是很有意思的物质,有兴趣的逗芽可以看看逗你学的《初中化学》课程了解一下~通俗易懂好理解~

氧化物

碳的氧化物主要有两种,一氧化碳CO和二氧化碳CO2。

二氧化碳是大气中少量但极其重要的组分,无色无味可溶于水,密度比空气大,高温低压下可以得到二氧化碳的固体——干冰。一般情况下不能燃烧,也不支持燃烧(但镁性质活泼,可以与二氧化碳反应,反应式:2Mg+CO2=2MgO+C)

二氧化碳也可以和灼热的碳反应(氧化性):C+CO2=2CO?(吸热反应,既是化合反应又是氧化还原反应,CO2是氧化剂,C是还原剂)

干冰↑

一氧化碳,无色无味,不溶于水,且有毒。新闻 道上出现的煤气中毒事件其实就是一氧化碳中毒,一氧化碳吸入后会进入肺中,与血液中的血红蛋白结合,使人体缺少氧气而产生中毒的症状。

一氧化碳和氧气燃烧反应可以生成二氧化碳,反应式为:2CO+O2=2CO2

一氧化碳中毒症状↑

化合物

说到碳的化合物,第一个要提的就是碳酸H2CO3。

碳酸和我们的生活息息相关,最常见的可能就是肥宅快乐水了,其实碳酸饮料就是在加压的情况下把二氧化碳溶解于水中,再加上其他的配料制作而成的。

就像我们打开快乐水的时候总是会有“嗞”的气体跑出来一样,碳酸是极容易分解的,化学式为:H2CO3=H2O+CO2

但是碳酸其实对我们的生活也存在一定的危害,如果地面上的二氧化碳溶于水形成碳酸,碳酸又与石灰岩中不溶于水的碳酸钙发生反应,生成碳酸氢钙(CaCO3+H2O+CO2===2Ca(HCO3)2),碳酸氢钙可溶于水,而含有碳酸氢钙的水我们称之为“硬水”,硬水虽然对人体健康影响不大,但是用硬水洗头,洗多了,你也就秃了。

另一个值得一提的碳的化合物是碳酸盐,碳酸盐有很多种,像碳酸钠Na2CO3(俗称苏打)、碳酸氢钠NaHCO3(小苏打)、碳酸钙CaCO3(石灰石)等等,这些碳酸盐都能与酸反应,生成水和二氧化碳。

举个例子:

Na2CO3+2HCl?===?2NaCl+H2O+CO2,碳酸钠和盐酸反应,会生成氯化钠、水和二氧化碳。

其他的,请大家举一反三~

小结

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