P565表14-1，單質有同素異形體，多為原子晶格(石墨除外)。
二、電子組態和鍵合特性
1.電子配置
6C[He]2s22p2
價電子數=價電子軌道數，等電子原子。
14Si [Ne]3s23p2
5B[He]2s2p 1價電子數<；價電子軌道數，缺電子原子。
4.普通氧化態
C +4，+2；si+4；B+3 .
3.粘合特性
(1) C和Si可以形成1到4 σ鍵，具有sp、sp2和sp3雜化態。當C采用sp或sp2的雜化態時，由於C原子半徑小，2p軌道容易重疊，可以形成Pπ-Pπ鍵，所以C通常具有多重鍵(雙鍵或三鍵)。Si主要以sp3雜化態成鍵，其sp和sp2雜化態不穩定。
⑵B能以sp2或sp3雜化狀態結合。成鍵時，不僅可以形成壹般的σ鍵，還可以形成多中心鍵。
(3) C、Si和B都具有自連接的特性，其中C的自連接能力最強，這可以用表P566+04-2中C-C、Si-Si和B-B的鍵能值來說明。
鍵能:碳-碳345.6千焦/摩爾
矽-矽222千焦/摩爾
B-B 293 21KJ/mol
(4) M-H鍵比M-M鍵(M=C，Si，B)強，因此可以形成壹系列氫化物。
C-H 411 7KJ/mol
矽氫318千焦/摩爾
硼氫化物389千焦/摩爾
5.Si-O和B-O鍵非常強，所以Si和B更可能以氧化物或含氧物(自然形態)的形式存在。
si-O 452 kj/mol；B-O 561-690KJ/mol
(而C-O 357.7KJ/mol，C-C鍵能高，所以C在自然界可以單質形式存在。)
14-2碳
由於碳的R最小，電負性最大，價電子殼層沒有D軌道，所以它表現出與其他元素的壹些不同:(1)最高配位數為4，即壹個C原子周圍最多可以有4個原子；(2)成鏈能力最強；(3)C原子之間以及C與O、S、P、N和其他元素的原子之間可以形成多重鍵。
碳的成鍵軌道:
Sp3雜化四面體結構，具有四個配位鉆石、CH4和烷烴C
Sp2雜化平面三角形三坐標石墨，CO32-，C6H6和烯c。
Sp雜化線性配位數CO2，CS2，乙炔C
2-1鉆石和石墨
1.鉆石
金剛石中的C原子采用sp3雜化，每個C原子通過四個sp3雜化軌道與其他C原子相連，形成四個σ鍵。鉆石是無色透明的晶體(晶格屬於原子晶格)。因為鉆石是C-C ***價鍵很強的原子晶體，所以熔點高，硬度大。另外，由於所有價電子都參與* * *價σ鍵的形成，沒有可以自由移動的電子，所以不導電。鉆石，俗稱鉆石，用於制作鉆頭、磨具和首飾。
4.石墨
石墨中的C原子是sp2雜化的，每個C原子通過sp2雜化軌道與其他C原子形成σ鍵，剩余的2p軌道(帶有壹個價電子)用於形成離域π鍵。如果有m個Cs形成壹層，則離域π鍵為π mm..這些π電子可以在sp2軌道形成的平面上流動，所以石墨具有層狀六邊形連接的聚合物結構，間距為33.5pm，可以導電和傳熱，各層之間通過分子間力連接，所以石墨片之間的結合比較松散。由於石墨中的π電子被整個C原子層占有，可以與其他元素發生反應而不破壞石墨的環和片層，片層之間的松散結合使得許多分子或離子可能滲入層間形成插層化合物。
石墨因其結構具有化學惰性、導電、耐高溫、易加工成型等特點，被廣泛用於制作電極、坩堝、冷凝器、潤滑劑、鉆筆等。
石墨轉化為金剛石需要高溫高壓，常采用靜壓法:以Co或Ni為催化劑，在5 ~ 6× 106 kPa和1273K K下，石墨可轉化為金剛石。
石墨層間化合物
(1)與ia族k、Rb和Cs或Cl2、Br2蒸氣、金屬鹵化物如FeCl3、氧化物如MoO3和硫化物如FeS2反應，形成導體型(離子型)；
分為π體系加E:K→K ++ E石墨層形成多電子離域π鍵。
從π體系中抽取電子，在層中留下“空穴”:Cl+e → Cl-石墨層形成缺電子離域π鍵。
這種物質的插入使石墨層間距從335pm擴大到1000 μm。
②與F2、O2、HNO3、KMnO4、HClO4等強氧化劑反應。以形成氧化石墨，氧化石墨是非導體(價態類型)。層間距增加到600-700 μm(F2產物層間距為800pm)，如果吸收H2O、乙醇和丙酮，層間距可增加到1900 μm。在這類化合物中，有C-O-C(醚)、C=0(酮)、C-OH(烯醇)等鍵，(用F和C時，C形成壹個四面體)，C的四個價電子全部形成鍵，所以沒有流動的π電子，每壹層四面體結構都變得曲折起伏，不導電。
3.富勒烯(足球烯)C60(C28，C32，...C540碳原子)-第三種晶體形式。分子式Cn n通常小於200)
除了金剛石和石墨，近年來科學家們還發現了壹些新形式的碳，其中最重要的是Kroto在1985年發現的C60。Kroto提出的結構靈感來自建築師BuckminseerFuller的結構設計。
C60結構圖
C60球殼結構，60個C原子形成32面體，12個五邊形和20個六邊形分級。C原子通過sp2雜化與三個C原子結合，剩余的P軌道在外圍和內腔形成石墨層，形成多電子離域π鍵，是由60個碳原子組成的分子，看起來像壹個足球。紅外光譜和拉曼光譜證明其為空心球結構。
目前，C60的研究取得了很大進展，將C60應用於超導體、材料科學等領域的探索正在不斷深入。中國在這壹領域也取得了巨大成就。例如，北京大學與中國科學院物理研究所合作，成功研制了壹種金屬摻雜的C60超導體。可以說C60的發現對碳化學乃至整個化學領域的研究都具有重要意義。
4.無定形碳
壹般來說，化學性質指的就是這種。
2-3碳化合物
壹.氧化物
CO，CO2，C3O2，C4O3，C5O2，C12O9都有報道，常見的是CO CO2。
C3O2O=C=C=C=O C12O9鄰苯二甲酸酐。
⒈CO
碳在氧氣不足的情況下燃燒產生壹氧化碳
C(S)+1/2O2(g)(不足)= = co(g)△h =-11kj/mol。
在實驗室中，甲酸(甲酸)HCOOH可以滴加到熱的濃H2SO4中制備CO。
H2SO4(濃縮)
HCOOH====H2O+CO
△
結構:
像N2壹樣，CO有10個價電子，所以它是壹個等電子體。
2N(1 s222p 3)──N2
c(1s222p 2)+O(1s222p 4)──CO
它們的分子軌道公式都寫成[kk(σ2s)2(σ2s *)2(π2py)2(π2pz)2(σ2p)2]，所以它們的分子中都有三鍵:壹個σ鍵和兩個π鍵。不同的是CO分子中有壹個π鍵是O原子提供的2p電子對的配位鍵。
....
:C≡O: :C─O: :N≡N: :N─N:
....
*異核雙原子分子的能級順序實際上與同核雙原子分子不同。
根據CO中C和O的電負性差異，CO分子應該具有強極性，但其偶極矩幾乎為零。其原因可以用O原子提供的電子對形成π-配位鍵來解釋，這樣在形成σ-鍵和正常π-鍵時，O的負電荷被抵消，但O原子帶微正電荷，碳原子帶微負電荷。因此，CO分子中的C原子更容易向其他軌道為空的原子提供電子對，可以作為配體形成配合物，或者在重鍵斷裂時引發化學反應。從鍵能比較，EC≡O = 1071KJ/mol & gt；EN≡N=946KJ/mol，看起來CO的反應惰性應該大於N2，但由於上述結構原因，CO表現出相當的化學活性。
化學性質
⑴添加劑CO是壹種重要的配體，能與許多過渡金屬形成配位鍵形成配合物，如與ⅵ b、ⅵ b、ⅷ族元素的羰基配合物，如Fe(CO)5、Ni(CO)4、Cr(CO)6等。
Ni(粉末)+CO=Ni(CO)4微熱。
在濃鹽酸中
CuCl+CO ==[Cu(CO)Cl]CuCl過量。
配位在合成氨銅洗工段的應用:
[Cu(NH3)2]Ac+CO+NH3 = =[Cu(NH3)3CO]Ac
前面我們介紹過人體通過血紅素Hb攜帶O2: [hmfe ← O2]，O2與Fe2+作為孤電子對配位。由於CO的配位作用比O2強得多，能與血紅素[HmFe]形成更穩定的復合物[Hm Fe←CO]或COHb與Hb的親和力是O2與Hb的230-270倍)，所以人體壹旦吸入CO，就會影響甚至喪失Hb轉運O2的能力，導致組織缺氧。壹旦50%的Hb與CO結合，就會引起心肌壞死。
(2)可還原性
與o2反應時co+1/2 O2 = CO2△H =-284 kj/mol。
它能在高溫下與許多金屬氧化物反應，還原金屬，如
鼓風爐
Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2還原金屬氧化物中的金屬離子。
CuO+CO==Cu+CO2
減少化合物中金屬離子，例如:
CO+PdCl2+H2O==CO2+Pd +2HCl來還原鹽中的金屬離子。
co+2[Ag(NH3)2]OH = = 2ag+(NH4)2c O3+2 NH3還原配合物中的中心離子。
這兩種反應可以用來檢測微量壹氧化碳的存在
(3) Cr2O3。ZnO與其他非金屬的相互作用
CO+2H2與H2 = = = CH3OH水煤氣反應生成甲醇。
623─673K
鐵、鈷或鎳
壹氧化碳+3 H2 = = = =甲烷+H2O
523K、101KPa
與鹵素F2、Cl2和Br2反應生成碳酰鹵，例如
活性碳
CO+Cl2 == COCl2
(4) 473K帶堿
甲酸NaOH+Co = = = HCOONA
⒈01×103KPa
⒉CO2
(1) ⑴CO2與環境的燃燒、呼吸和發酵。
O2───────CO2
植物，海洋浮遊生物
呼吸
C6H4O6 + 6O2 == 6CO2↑ + 6H2O
光合作用
6CO2 + 6H2O == C6H4O6 + 6O2↑
隨著工業化的快速發展和森林的破壞，上述平衡被破壞，大氣中的CO2每年增加約2-4/百萬。
可見光進入地球到達地表，地球以紅外光的形式輻射能量。由於大氣中CO2的增加，CO2會吸收紅外光，使地球應該損失的能量儲存在大氣中，造成大氣溫度升高。這就是所謂的溫室效應。
E分子=E旋轉+E振動+E電子E平移太小，在光譜中反映不出來。
e振動——分子的振動能級躍遷，光譜屬於紅外光譜帶。
⑵結構
在CO2分子中，C原子采用sp雜化態，與兩個氧原子形成σ鍵，然後利用剩余的兩個2P軌道(相互垂直)與兩個氧原子形成π34大π鍵。CO2分子是線性的，碳氧鍵的鍵長=116pm，介於C=O雙鍵122pm和C≡O三鍵110pm之間，說明這種結構解釋的合理性。
....
:O─C─O:
....
c基態的激發態
二氧化碳分子的非極性。
(3)自然
物理性質:易液化，氣化熱高。這種固體俗稱幹冰，其三相點高於大氣壓。所以幹冰在常壓下直接升華成氣體，用作制冷劑。