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    碳的元素符號(hào)是C,原子量是12。

    在自然界里,碳主要是以化合態(tài)存在的,但也有游離態(tài)的碳存在。

    和前面講過的氧相似,由碳元素組成的單質(zhì),也有多種同素異形體.碳的同素異形體有:金剛石、石墨和無定形碳,這三種碳的同素異形體,從外形上看來是很不相同的,但當(dāng)它們在純氧里燃燒的時(shí)候,結(jié)果都產(chǎn)生二氧化碳,而且除了二氧化碳以外,都沒有別的產(chǎn)物.這就證明了它們都是由碳元素組成的單質(zhì),它們相互為碳的同素異形體。

    金剛石  純凈的金剛石是無色透明的物質(zhì),帶有雜質(zhì)的金剛石可以顯現(xiàn)出不同的顏色,金剛石的晶體呈八面體形,光線照射在它上面的時(shí)候,容易折射出來,發(fā)出亮晶晶的美美麗的光彩,經(jīng)過琢磨成一定形狀的金剛石叫做金剛鉆或鉆石(圖3?1)2是一種貴重的裝飾品。

    剛石是相當(dāng)重的物質(zhì),它的比重是3.5,這就是說它是同體積水重的3.5倍.金剛石極其堅(jiān)硬,是一切天然出產(chǎn)的物質(zhì)里最最堅(jiān)硬的東西,因此要琢磨金剛石,只能用別的金剛石或金剛石的粉末由于金剛石的這種性質(zhì),它可以用來安裝在鈷探機(jī)的鈷頭上來鈷鑿堅(jiān)硬的巖層.此外,它還用來刻劃玻璃。

    金剛石在自然界里存在的量很少,而且一般開采所得的金剛石的體積都不大,我國山東、浙江等某些地方出產(chǎn)金剛石。

    石墨  石墨是一種松軟的、不透明的、灰黑色的、細(xì)鱗片狀的晶體,用手摸它,有滑膩的感覺,石墨比金剛石輕,它的比重是2.2，
    和金剛石相反,石墨是最軟的礦物之一,用我們的指甲就能在它上面刻劃出痕跡.如果把石墨在紙上劃過,它的微小的結(jié)晶,就會(huì)粘附在紙上,留下深灰色的痕跡.利用石墨的這種性質(zhì),把石墨和適量的粘土混和后,可以用來做鉛筆的“鉛芯”,摻進(jìn)的粘土越多,制得的“鉛芯”越“硬”。
    由于石墨具有柔軟光滑的性質(zhì),在機(jī)油里摻進(jìn)少量的石墨,用作機(jī)器的潤滑劑,涂在機(jī)器的軸承部分,可以減少摩擦.
    石墨具有金屬光澤.它能夠?qū)щ?因此可以用來制造電極,例如煉鋼的電爐里,有巨大的石墨電極;探照燈也用石墨做電極;我們常用的干電池里的碳精棒,也是用石墨制成的。
    石墨在純氧中雖然可以燃燒,但在空氣里卻有耐火的性質(zhì),因此,把石墨和粘土混和在一起,制成石墨坩塌,可以用來熔煉金屬.
    石墨在自然界里存在的量也不多,但比金剛石要多得多我國石墨的主要產(chǎn)地是河南、陜西、江蘇等省。
    無定形碳  碳當(dāng)有機(jī)物燃燒不完全時(shí),或隔絕空氣強(qiáng)熱時(shí),就能得到無定形碳。

   無定形碳的晶體非常微小,以前沒有被人觀察到,因把它誤認(rèn)為是一種沒有一定結(jié)晶形狀的非晶體,所以稱做“無定形碳”.現(xiàn)在證明,無定形碳也是晶體,它是由許多極其微小的、和石墨結(jié)構(gòu)相似的晶體無秩序地排列起來而組成的

    無定形碳由于制備時(shí)所用的原料不同,或者方法不同而有好多種,其中最重要的有炭黑、木炭①和焦炭等幾種。

    1.炭黑油脂、木材、石油等含碳化合物在氧氣供給不充分的情況下燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙炱,叫做炭黑,炭黑是極細(xì)的黑色的碳的粉末,是比較純粹的無定形碳。

    在橡膠里混入炭黑,可以增加橡膠制品的耐虅性,因此,炭黑大量應(yīng)用在橡膠工業(yè)上。

    炭黑是很好的黑色顏料,用來制造黑色油墨.我國特制的墨,也是用炭黑做原料的。

    2.木炭  木炭是木柴在隔絕空氣下強(qiáng)熟而制得的,它是不純凈的無定形碳,含有一些礦物雜質(zhì),木炭燃燒后,雜質(zhì)殘留成灰,灰的主要成分是碳酸鉀(K2CO3).

    木炭燃燒時(shí)能發(fā)生很多的熱,沒有嗆人的煙,適宜于在家庭里用作燃料.

    木炭在高溫時(shí)能把金屬氧化物還原成為單質(zhì)的金屬,因此,在冶金工業(yè)上,木炭常用作還原劑。

    木炭還用來制造黑火藥.黑火藥是我國唐代的偉大發(fā)明,它是木炭粉、硫磺粉和硝酸鉀(KNO3)的混和物。

    木炭能夠把某些蒸氣或氣體吸在它的表面上,氣體、蒸氣或某些溶解物質(zhì)被吸在固體表面上的作用叫做吸附,通過下面的實(shí)驗(yàn),將很容易地觀察到木炭的吸附現(xiàn)象。

    在試管里集滿紅棕色的二氧化氮(NO2)氣體,投入幾小塊加熱過的木炭,用塞子塞住試管口,搖動(dòng)試管,不久就可看到管內(nèi)紅棕色逐漸消失,這是因?yàn)槎趸獨(dú)怏w被吸附在木炭表面上了,如果把試管里的木炭倒出,放進(jìn)另一試管,加熱,原來吸附在木炭表面上的二氧化氮?dú)?/span>體會(huì)重新放出,顯現(xiàn)出紅棕的顏色。

①“碳”和炭”兩字的含義不同.“碳”是指碳元素,“炭”專指各種無定形碳而言,例如木炭、焦炭活性炭等.

    吸附作用是在物質(zhì)的表面進(jìn)行的,物質(zhì)的表面面積越大吸附能力就越強(qiáng).在木材內(nèi)部,有很多細(xì)小的管道,在木材干餾后所得的木炭里,仍保留有這種結(jié)構(gòu).由于木炭的這種多孔性,它的表面積很大,因此,它具有很強(qiáng)的吸附能力。

    為了加強(qiáng)木炭的吸附能力,常把木炭在隔絕空氣下加熱,并且通入水蒸氣的氣流,使留在木炭孔隙里的雜質(zhì)清洗或揮發(fā)掉,擴(kuò)大木炭里面的空隙,這就增加了木炭的表面積.經(jīng)過這樣處理的木炭,叫做活性炭,活性炭的表面積比木炭大得多,普通1克木炭的表面積大約有100~150平方米,而1克活性炭的表面積可達(dá)500~700平方米.從而,活性炭的吸附能力也比木炭強(qiáng)得多。

    活性炭對(duì)各種不同氣體的吸附能力并不完全相同。一般說來,活性炭對(duì)那些沸點(diǎn)比較高、容易液化的氣體的吸附能力要強(qiáng)些,例如,1毫升的活性炭在15°C和常壓下能吸附各種氣體的體積,如表3.1所示：

    大部分有毒的(例如氯氣)和有惡奧的氣體(例如氨氣)的沸點(diǎn)都比較高(見上表).利用活性炭這種對(duì)氣體有選擇性的吸附能力,可以把它用做防毒面具里的毒氣吸附劑.當(dāng)混有毒氣(例如氯氣)的空氣,經(jīng)過防毒面具濾毒罐里的活性炭層時(shí),幾乎全部有毒氣體都被吸附掉,而人呼吸需要的空氣里的氧氣只有很少被吸附,起著“過濾”的作用。

    活性炭不僅能夠吸附氣體,并且能夠吸附溶解在溶液里的某些物質(zhì)(例如色素).在盛有靛藍(lán)(一種藍(lán)色的染料)溶液的試管中,放進(jìn)少量活性炭,加熱煮沸,過濾后得到無色的液體,這是因?yàn)槿芤豪锏娜玖弦驯换钚蕴克降木壒省?/span>

    在制糖工業(yè)上,用活性炭脫去糖漿的黃色,制造精白糖。

    活性炭還能吸附某些病毒①,可用作藥品。

    3.焦炭  焦炭是煤在隔絕空氣下強(qiáng)熱而得的.焦炭的主要成分是游離態(tài)的碳,它含有的灰分比木炭多焦炭是淺灰色的多孔物質(zhì),質(zhì)地堅(jiān)硬.在煉鐵的高爐里,用焦炭來還原鐵礦石,可以經(jīng)受得住爐內(nèi)厚層原料的巨大壓力。