碳化合物是一种化学物质,含有与任何其他元素结合的碳原子。碳化合物比除氢以外的任何其他元素都多。这些分子中的大多数是有机碳化合物(如苯、蔗糖),尽管也存在大量无机碳化合物(如二氧化碳)。碳的一个重要特征是连环化,即形成长链或聚合物的能力。这些链可以是线性的,也可以形成环。
碳通常与其他原子形成共价键。碳与其他碳原子结合时形成非极性共价键,与非金属和类金属形成极性共价键。在某些情况下,碳形成离子键。例如,碳化钙CaC2中钙和碳之间的键。
碳通常是四价的(氧化态为+4或-4)。然而,其他氧化状态是已知的,包括+3、+2、+1、0、-1、-2和-3。碳甚至可以形成六个键,就像在六甲苯中一样。
虽然碳化合物的两种主要分类方法是有机或无机,但有许多不同的化合物可以进一步细分。
同素异形体是元素的不同形式。从技术上讲,它们不是化合物,尽管这些结构通常被称为化合物。重要的碳同素异形体包括无定形碳、金刚石、石墨、石墨烯和富勒烯。其他同素异形体是已知的。尽管同素异形体是同一元素的所有形式,但它们彼此有着截然不同的性质。
有机化合物曾经被定义为由活的有机体专门形成的任何碳化合物。现在,这些化合物中的许多可以在实验室合成,或者发现与生物体不同,因此对其定义进行了修订(尽管尚未达成一致)。有机化合物必须至少含有碳。大多数化学家都同意氢也必须存在。尽管如此,一些化合物的分类仍存在争议。有机化合物的主要类别包括(但不限于)碳水化合物、脂类、蛋白质和核酸。有机化合物的例子包括苯、甲苯、蔗糖和庚烷。
无机化合物可能存在于矿物和其他自然来源中,也可能在实验室中制备。示例包括碳氧化物(CO和CO2)、碳酸盐(例如CaCO3)、草酸(例如Ba2O4)、碳硫化物(例如二硫化碳、CS2)、碳氮化合物(例如氰化氢、HCN)、卤化碳和碳硼烷。
有机金属化合物包含至少一个碳-金属键。例如四乙基铅、二茂铁和泽斯盐。
有几种合金含有碳,包括钢和铸铁。“纯”金属可以用焦炭冶炼,这使得它们也含有碳。例如铝、铬和锌。
某些类别的化合物具有表明其组成的名称:
碳化合物具有某些共同特征:
碳化合物的用途是无限的。我们所知道的生命依赖于碳。大多数产品含有碳,包括塑料、合金和颜料。燃料和食品是以碳为基础的。
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