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碲酸根离子

在化學中，**碲酸鹽**是含有碲的含氧陰離子的化合物，其中碲的氧化數為 + 6。在無機化合物的命名中，它用作後綴時，表示中心為碲原子的多原子陰離子。

## 碲的含氧陰離子

歷史上，碲酸鹽這個名稱只用於碲的氧化數為 + 6 的含氧陰離子，它們衍生自碲酸（Te (OH) 
6）的衍生物；而亞碲酸鹽則是指碲的氧化數為 + 4 的含氧陰離子，它們衍生自亞碲酸（(HO) 
2TeO）。然而，碲酸鹽和亞碲酸鹽通常分別稱作碲 (VI) 酸鹽和碲 (IV) 酸鹽，這是 IUPAC 建議的命名。**偏碲酸根離子**是 TeO2− 
4，而**原碲酸根離子**是 TeO6− 
6。其他含氧陰離子包括五氧合碲酸鹽（TeO4− 
5）、重碲酸鹽（Te 
2O8− 
10）和含有 6 配位碲的聚合陰離子，比如 (TeO4− 
5)n。

### 偏碲酸根

偏碲酸根離子（TeO2− 
4）與硫酸根離子（SO2− 
4）和硒酸根離子（SeO2− 
4）類似。雖然許多硫酸鹽和硒酸鹽都可以形成類質同晶鹽，但是四面體形的偏碲酸鹽離子僅存在於少數化合物中，例如四乙基銨鹽（NEt 
4TeO 
4）。雖然有許多化合物經化學計量學分析查驗，存在偏碲酸根離子，但它們實際上包含含有 6 配位碲 (VI) 的聚合陰離子，比如碲酸鈉（Na 
2TeO 
4），它含有邊貼邊的八面體碲中心。

　
: TeO2− 
4 → TeO2− 
3 + 1⁄2 O2      (_E_0 = −1.042 V)

_E_0 或標準還原電位值很重要，因為它表示碲酸根離子的氧化強度。

### 原碲酸根

已知存在含有八面體形的 TeO6− 
6 的化合物，包括 Ag 
6TeO 
6、Na 
6TeO 
6 和 Hg 
3TeO 
6。此外，羥基氧合碲酸鹽也存在，它們含有質子化的 TeO6− 
6，比如 (NH 
4) 
2TeO 
2(OH) 
4（有時寫作 NH 
4TeO 
4 · 2H2O），其中包含八面體形的 TeO 
2(OH)2− 
4 離子。

### TeO4−5 離子

Cs 
2K 
2TeO 
5 含有三角雙錐體形的 TeO4− 
5 離子。Rb 
6Te 
2O 
9 含有 TeO4− 
5 和 TeO2− 
4 陰離子。其他經化學計量學分析查驗存在 TeO4− 
5 的化合物可能含有二聚體 Te 
2O8− 
10，它由兩個共邊的 {TeO6} 組成，如 Li 
4TeO 
5 和 Ag 
4TeO 
5 或共角的 {TeO6} 八面體，如 Hg 
2TeO 
5。

### 聚合碲酸根離子

二聚體 Te 
2O8− 
10 由兩個共邊的 {TeO6} 八面體組成，在 Li 
4TeO 
5 中含有這個離子。類似的羥基氧合陰離子 Te 
2O 
6(OH) 
4 出現於六水合重碲 (VI) 酸鈉鉀（Na 
0.5K 
3.5Te 
2O 
6(OH) 
4 · 6H2O）中，它包含一對對共邊的八面體。由共角 {TeO6} 八面體組成的聚合鏈式陰離子 (TeO 
5)4_n_− 
_n_ 出現於諸如 Li 
4TeO 
5 的化合物中。

### 水溶液的化學性質

在水溶液中，碲酸鹽離子為 6 配位。在中性條件下，**五氫原碲酸根**離子（H 
5TeO− 
6）最為常見；在鹼性條件下，**四氫原碲酸根**離子（H 
4TeO2− 
6）的常見度超越其他離子；在酸性條件下，原碲酸（Te (OH) 
6 或 H 
6TeO 
6）會形成。

### 比較硫和硒的含氧陰離子的結構

硫 (VI) 含氧陰離子的配位數為 4，除了四面體形的硫酸根離子（SO2− 
4）之外，焦硫酸根離子（S 
2O2− 
7）、三硫酸根（S 
3O2− 
10）和五硫酸根（S 
5O2− 
16）都含有 4 配位硫，由共角的 {SO4} 四面體組成。硒酸鹽含有許多 4 配位硒，主要以四面體形的 SeO2− 
4 離子和焦硒酸根離子（Se 
2O2− 
7）的形式出現，其中焦硒酸根離子的結構與焦硫酸根離子類似。硒不像硫一樣，可以在含氧陰離子中擁有 5 的配位數，如 SeO4− 
5，甚至可以形成 SeO6− 
6。

## 核磁共振波譜

碲有兩個核磁共振活性原子核，123Te 和 125Te。123Te 的豐度為 0.9%，核自旋（I）為 1/2。125Te 的豐度為 7%，核自旋與 123Te 的相同。125Te 更常用，因為它的靈敏度較高。

## 參考文獻
碲酸钠

**碲酸鈉**是鈉的碲酸鹽，化學式 Na2TeO4。

## 製備

碲酸鈉可以由原碲酸氫鈉 Na2H4TeO6 脫水而成。

它也可以由亞碲酸鈉在空氣中加熱而成。

## 性質

碲酸鈉是一種無色固體，可溶於水。它是正交晶系的，在 420 °C 時轉變成單斜晶系。

## 參考資料
碲酸钡

**碲酸鋇**是一種無機化合物，化學式為 BaTeO4。

## 製備及反應

碲酸鋇可由氧化鋇和三氧化碲或氧化鋇和碲酸反應製得：

　
: ${\ce {BaO + TeO3 -> BaTeO4}}$

　
: ${\ce {BaO + H2TeO4 -> BaTeO4 + H2O}}$

BaH4TeO6 在 375 °C 加熱分解，也能得到 BaTeO4。

它可被還原為碲化鋇。

## 參考文獻

## 拓展閱讀

* 山村金保。酸根の系統的新定性分析法 (第五報). 日本化學會誌 / 58 巻 (1937) 1 號.
碲酸钾

**碲酸鉀**是一種無機化合物，是鉀的碲酸鹽，化學式 K 
2TeO 
4

## 製備

碲酸鉀可以由二氧化碲和硝酸鉀反應而成。

## 性質

碲酸鉀是一種可溶於水的白色固體。

## 反應

和三氧化硫反應：

$$
{\mathsf {K_{2}TeO_{4}+SO_{3}\ {\xrightarrow {110^{o}C}}\ K_{2}SO_{4}+TeO_{3}}}
$$

和硝酸銀反應，形成碲酸銀：

$$
{\mathsf {AgNO_{3}+K_{2}TeO_{4}\ {\xrightarrow {T}}\ Ag_{2}TeO_{4}\downarrow +2\,KNO_{3}}}
$$

## 參考資料
碲酸铵

**碲酸銨**是一種無機化合物，化學式為 (NH4)2TeO4，它是對空氣敏感的白色固體，可溶於水。它可由二氧化碲、過氧化氫和氨水反應得到。它的酸式鹽 (NH4)2H4TeO6 和 NH4HTeO4 也是已知的。它可用於合成 K12+6xFe6Te4-xO27、CdTe 等材料。

## 參考文獻
碲醇

**碲醇**（英語：tellurol）是指含有碲醇基（形如 - TeH 的官能團）的有機化合物。

## 性質

碲醇是醇和酚的類似物，其中醇的氧被替換成了碲。碲醇和硒醇、硫醇具有類似的性質，其中碲醇是最穩定的。

## 結構和成鍵

碲醇與硒醇結構相似，但 C-Te 鍵長比 C-Se 的鍵長稍長一些。C-Te-H 的鍵角為 90°，比 C-Se-H 略小。

## 物理性質

碳數少的碲醇多為黃色的液體，並具有強烈刺激的氣味，而碳數較多的碲醇多為無色結晶。碲醇是有機碲化合物較穩定的一種。

## 酸鹼性

碲醇的酸鹼性可以從碲化氫的酸度和離解常數來推斷，碲化氫 (H2Te) 的 pKa 是 2.64 對應的解離常數為 2.3×10-3.5。所以碲化氫的 pKa 比硒化氫和硫化氫低且碲化氫的解離常數比硒化氫和硫化氫還要高

## 命名

碲醇的官能基的命名為氫碲基，但也有人稱作基，類似於巰基和羥基和基，是將元素的偏旁組合起來，讀作ㄑㄧˋ(氫碲)。

## 例子

* 甲碲醇
* 乙碲醇
* 乙二碲醇
* 1 - 丙碲醇

## 參見

* 碲酚，酚的含碲類似物
* 碲醚，碲醇的烴化產物
* 醇 - 硫醇 - 硒醇 -**碲醇**

## 參考文獻
碲铅矿

**碲鉛礦**（英語：Altaite）是一種白色的碲化物礦物，化學式為 PbTe，晶體結構類似於方鉛礦，其 8.2 的比重在淺色礦物中是罕見的高。於 1845 年首次發現於阿爾泰山脈，除此之外，在哈薩克斯坦濟良諾夫斯克和 Koch-Bulak 金礦、美國威斯康辛普賴斯縣、墨西哥 Moctezuma 和智利科金博等地也有出產。

## 參考資料
碲银矿

**碲銀礦**（**Hessite**）是一種柔軟的灰色礦物，化學組成是碲化銀（Ag2Te），結構上屬單斜晶系。其學名以化學家傑邁因・亨利・蓋斯 (1802–1850) 命名，因他本人研究過這種礦物。

出產碲銀礦的地方有美國科羅拉多州伊格爾，加利福尼亞州卡拉韋拉斯，中國湖南，以及世界其他地方。

相關礦物油六方碲銀礦 (Ag7Te4)、粒碲銀礦 (AgTe)。 

## 參考資料

* webmineral.com （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） entry
* Mindat.org （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） entry
碳-11

**碳 - 11** 或 11C 是碳的人造放射性同位素之一，原子核包含了 6 個質子和 5 個中子，原子核自旋是 - 3/2，它會透過正電子發射衰變成硼 - 11，半衰期是 20.38 分鐘。它有 0.19–0.23% 的機率是以電子捕獲衰變的。

　
: 11 
C 
  → 11 
B 
  + 
e+ 

 + 
ν 
e
 + 0.9605 MeV

　
: 11 
C 
  + 
e− 

 → 11 
B 
  + 
ν 
e + 1.9825 MeV

它可以由氮 - 14 被質子轟擊而成：

　
: 14 
N 
  + 
p 

 → 11 
C 
  + 4 
He

碳 - 11 可以用作正電子斷層掃描的放射性同位素。碳 - 11 的載體包括 [11 
C 
]DASB 和 [11 
C 
]Cimbi-5。

## 參見

* 碳 - 14
* 碳 - 13
* 碳 - 12
* 碳的同位素

## 參考資料
碳-12

**12C** 是質量數為 12 的碳原子，其質子數和中子數都為 6，它是碳元素的一種同位素，在世界現存碳元素中占比 98.89%，是最常見的碳同位素。

在 2019 年 5 月 20 日國際單位制基本單位的重新定義之前，碳 - 12 原子曾被用來作為亞佛加厥常數（**阿佛加德羅常數**）的標準：12 克碳 - 12 中所含原子的個數被定義為阿伏伽德羅常數 6.022×1023。

## 形成

**碳 - 12**，可於約攝氏兩億度的兩個氦 - 4 原子核撞擊形成鈹 - 8，在鈹 - 8 未衰變前若又撞擊一個氦 - 4 原子核，即形成碳 - 12，此過程被稱為 3 氦過程。

## 參考來源
碳-13

**碳 13** 是碳的穩定同位素之一，在地球自然界的碳中佔約 1.109%。

## 參見

* 碳的同位素

## 參考來源
碳-14

**碳 14**（14 
C）或**放射性碳**是碳元素的一種具放射性的同位素，於 1940 年 2 月 27 日由加州大學伯克利分校放射性實驗室（現勞倫斯伯克利國家實驗室）的馬丁・卡門和薩姆・魯本首先發現。碳 - 14 原子由宇宙射線撞擊空氣中的氮原子所產生。碳 - 14 的原子核由 6 個質子和 8 個中子構成，其半衰期約為 5,730±40 年，衰變方式為 β 衰變，衰變過程中，碳 - 14 原子轉變為氮 - 14 原子。在地球上有 99% 的碳以碳 - 12 的形式存在，其次約 1% 的碳以碳 - 13 的形式存在，而只有萬億分之一（0.0000000001%）的碳 - 14 存在於大氣中。

1940 年代，威拉得・利比在美國芝加哥大學利用碳 - 14 的特性發明了放射性碳定年法，並於 1960 年獲得諾貝爾化學獎 。由於有機材料中含有碳 - 14，因此根據它可以確定考古學、地質學和水文地質學樣本的大致年代，利用放射性碳定年法最大測算不超過 6 萬年，而且沒有參照的情況下測算結果誤差較大。

## 放射性碳定年法

由於碳 - 14 之半衰期達 5,730 年，且碳是有機物的元素之一，一般可以根據死亡生物體的體內殘餘碳 - 14 成份來推斷其年齡。生物藉由呼吸攝入碳 - 14，在生物體內含量大致穩定不變，而死去後停止呼吸，此時體內留存的碳 - 14 因衰變開始減少。由於碳 - 14 在自然界的各個碳的同位素中的比例很穩定，因此可以透過測量一件古物的碳 - 14 含量，來估計它的大概年齡。這種方法被稱為放射性碳定年法。

這個方法估計的大氣碳 - 14 含量可以通過植物年輪（最多可推算到大約 10000 年前）或者洞穴沉積物（例如鐘乳石，最多可推算到大約 45000 年前）來推算，根據推算結果對比年輪和洞穴沉積物就可以建立起碳 - 14 的年代變化模型，從而獲得其它樣本的年齡。

### 限制

碳 - 14 定年法最大測算時間不能超過 6 萬年，而且所測得的年代有頗大的誤差。而且其假定大氣中的碳 - 14 濃度不會隨時間而改變，也與事實有落差。此外，碳 - 14 測定亦有可能受到諸如火山爆發等自然因素影響，因為在火山噴發時將地下大量氣體和物質帶到大氣中，從而影響碳 - 14 在某區域大氣中的含量。所以，若沒有其他年代測定方法（如：利用樹木的年輪）來檢訂，單單依賴碳 - 14 的測年數據並不完全可靠。隨著現代工業的高速發展和大量化石燃料的應用，古代深藏地下的碳被排放到大氣中並進入生物循環，但是這些化石燃料的碳 - 14 含量非常稀少，因此不會對放射性碳定年法的結果產生干擾。

## 存在

### 化石燃料中

大多數人造材料（塑料）由化石燃料，諸如石油或者煤炭製成，其中包含著遠古時期的碳 - 14。然而，石油蘊藏物中通常存有微量的碳 - 14，但所含的碳 - 14 的量不穩定，誤差範圍可以從當時有機物中的 1％到 40000 年之間碳 - 14 曾經存在過的最高水平。這表明碳 - 14 的濃度有可能會在自然界當中受到污染，例如細菌、地下放射性物質（例如鈾元素的衰變輻射） 或其它的碳 - 14 的二次製造源。現存的碳 - 14 在其碳質原料的同位素特徵中有機會受到生物源污染或地質岩層附近環境的放射性污染。

### 人體中

在人體中，碳元素約占整個身體質量的 18%。生物體的每克碳內含有大約 500 億個碳 - 14 原子，其中每分鐘大約有 10 個碳 - 14 原子衰變。

## 參考文獻

## 參考資料

## 參看

* 放射性碳定年法
* 碳的同位素
* 774 年至 775 年間碳 14 飆升

## 外部連結

* 黃國恩，《「碳十四測年法」的原理是什麼？》，臺灣臺東：國立臺灣史前文化博物館。
碳-15

**碳**（原子量：12.0107 (8)）共有 15 個已知同位素，質量數介於 8-22 之間，其中有 2 個是穩定的，其他都具有放射性。天然存在的碳同位素有 3 個，分別是穩定的 12C、13C 和具放射性的 14C，其中 14C 在自然界中僅痕量存在，為宇宙射線所產生。其餘同位素都不出現在自然界中，只有在實驗室製造出來過，且半衰期都很短，非常不穩定。

## 常見的碳同位素

### 碳 - 11

碳 - 11 是碳的一個人造放射性同位素，半衰期約 20.334 分鐘。絕大多數的碳 - 11 會透過 β+ 衰變衰變為硼 - 11，其過程會發射出正子，而有少部分的 (約 0.19–0.23%) 的碳 - 11 會透過電子捕獲衰變為硼 - 11。

　
: 11 
C 
  → 11 
B 
  + 
e+ 

 + 
ν 
e
 + 0.96 MeV

　
: 11 
C 
  + 
e− 

 → 11 
B 
  + 
ν 
e + 1.98 MeV

碳 - 11 可以利用氮透過粒子加速器以下列反應制備：

　
: 14 
N 
  + 
p 

 → 11 
C 
  + 4 
He

正電子發射計算機斷層掃描中的放射線標記分子通常會使用含有放射性碳同位素碳 - 11 的放射性分子，例如[11 
C 
]DASB 和[11 
C 
]Cimbi-5。

### 碳 - 12

碳 - 12 是碳的穩定同位素之一。其相對豐度是 98.9%，是自然界中最普遍的碳同位素。

### 碳 - 13

碳 - 13 是碳的穩定同位素之一。其相對豐度是 1.1%。

### 碳 - 14

碳 - 14 是碳的放射性同位素之一，半衰期約 5730 年。碳 - 14 是碳唯一的天然放射性同位素，在自然界中痕量存在，為宇宙射線作用下發生 14N + 1n → 14C + 1H 反應而產生。

由於碳是有機物所含的元素之一，我們可以根據死亡生物體的體內殘餘碳 - 14 的量來推斷它的存在年齡，稱為放射性碳定年法。

## 圖表

**備註：**畫上 #號的數據代表沒有經過實驗的証明，只是理論推測而已，而用括號括起來的代表數據不確定性。

 

## 註釋

## 參考文獻

* Flannery, T 2005, _The weather makers: the history & future of climate change_, The Text Publishing Company, Melbourne, Australia. ISBN 1920885 84 6.
* Isotope masses from Ame2003 Atomic Mass Evaluation by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in _Nuclear Physics_ A729 (2003).
* Isotopic compositions and standard atomic masses from Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）. _Pure Appl. Chem._ Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）.
* Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
  * Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
  * National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (retrieved Sept. 2005).
  * David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in _CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition_, online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes.
碳-氟鍵

**碳－氟鍵**是碳和氟間的極性共價單鍵，是所有有機氟化合物的組分。甚有離子鍵特徵而相對較短，是很強的化學單鍵，僅次於硼－氟、矽－氟和氫－氟鍵。往化合物同一碳原子添加更多氟原子時，鍵會增強並縮短，因此四氟甲烷（四氟化碳）等氟代烷是極不活潑的有機化合物。

## 電負性和鍵強

高電負的氟（氟：4.0，碳：2.5）賦予碳－氟鍵顯著的極性／電偶極矩。電子云集中在氟周圍，碳的電子云較稀疏。部分電荷（Cδ+—Fδ−）使碳－氟鍵頗像離子鍵。氟和碳的部分電荷有吸引力，碳－氟鍵強得別樹一格。氟與碳形成「有機化學最強」的單鍵。碳－氟鍵的鍵解離能（BDE；鍵強度）可高達每摩 13 萬卡，比其它碳－鹵素和碳－氫鍵的高。甲基－某的碳－某鍵離解能分別為每摩 104.9、115、83.7、72.1 和 57.6 kcal（某為氫、氟、氯、溴和碘）。

## 鍵長

碳－氟鍵通常長約 1.35 埃（在氟甲烷為 1.39 埃），比其他碳－鹵鍵、碳－氮單鍵和碳－氧單鍵都短。如此長短可歸因於其離子特徵，碳和氟的部分電荷間有靜電引力。碳－氟鍵長取決於碳原子的混成及它或更遠原子的其它取代基，可有幾百分之一埃的變化。這些波動可作為微妙的混成變化和立體電子效應的跡象。下表顯示平均鍵長在不同鍵合環境如何變化（碳原子是 sp³ 混成，除非另外說明是 sp² 或芳族碳）。

　
:

氟和其他元素間的鍵亦甚有離子特徵，鍵長稍短而多變，一直難以為氟選擇合適的共價半徑值。包令最初提出 64pm，但該值最終以氟－氟鍵長一半的 72pm 取代，然而 72pm 過長，代表不到氟和其他元素間的鍵長，故此其他作者提議 54 至 60pm。

## 偕鍵的鍵強度效應

偕碳的氟原子增多，其他鍵變強變短，可由氟甲烷系列的鍵長和強度（BDE）變化看出，如下表所示；原子部分電荷（_q_C 和 _q_F）隨氟數而變，加入氟時，碳的部分電荷變得更陽，氟碳間靜電相互作用和離子度增強。

　
:

## 扭轉效應

當 2 粒氟原子是位在鄰位（即相鄰）的碳原子，如在 1,2－二氟乙烷 (H2FCCFH2) 時，扭轉構象比反構象更穩定，這是相反於大部分的 1,2－二取代乙烷類通常會被預期到和觀察到；此現象稱為扭轉效應 (gauche effect) 。1,2－二氟乙烷，該扭轉構象比反構象更穩定，在氣相中，更穩定 2.4 至 3.4 千焦 / 摩。這種效果不是指會出現在氟鹵素，然而；扭轉效應也可以在 1,2－二甲氧基乙烷觀察到。一個相關的效果是烯烴順式作用。例如，1,2－二氟乙烯的順式異構體比反式異構體穩定。

這裡有兩個主要影響扭轉效應的解釋：超共軛和彎曲的鍵結。在超共軛的模型，從碳－氫 σ 鍵軌道到碳－氟 σ\* 反鍵軌道的電子密度的捐贈被認為是穩定扭轉異構體的來源。由於氟更電負，碳－氫 σ 軌道比碳氟 σ 軌道是更好的電子供體，而碳－氟 σ\* 軌道比碳－氫 σ\* 軌道為一個更好的電子受體。只有扭轉構象允許在更好的供體和受體之間的良好重疊。

在二氟乙烷扭轉效應的彎曲鍵關鍵解釋是，在兩個碳－氟鍵增加 p 軌域，由於氟的電負性大。其結果是電子密度建立在中央碳－碳鍵的上方、下方、左側和右側。由此此結果可以減少軌道重疊，當一個扭轉效應被假設，形成一個彎曲的鍵。在這兩種模式，超共軛通常被認為是二氟乙烷的扭轉效應的主因。

## 光譜分析

碳－氟鍵在紅外光譜的 1000 至 1360cm⁻¹ 間伸縮。拉伸頻率對分子其他取代基敏感，出現範圍很闊。單氟化物在 1000 和 1110cm⁻¹ 間有強頻帶；氟原子超過一粒，頻帶分成兩條，一條用於對稱模式，一條用於不對稱，碳－氟帶非常強，可掩蓋任何碳－氫帶。

有機氟化合物也可用碳 13、氟 19（氟的唯一天然同位素）或氫 1（如有）NMR 光譜表徵。取決於取代度和官能團，氟十九 NMR 中的化學位移有很闊的範圍。下表顯示一些主要類別的範圍。

　
:

## 參見

* 有機氟化學
* 氟氯碳化物
* 鹵化

## 參考文獻
碳-氢键

**碳 - 氫鍵**是指碳原子與氫原子之間的共價鍵，是有機化合物中最常看到的共價鍵。碳 - 氫鍵的鍵長約 1.09 Å (1.09 × 10−10 m)，鍵能約 413 kJ/mol，相關於 98.7kcal/mol（參見下方的表）。碳和氫的電負度分別是 2.5 及 2.1，由於二者的電負度差只有 0.4，因此碳 - 氫鍵一般認為是非極性的共價鍵。

碳 - 氫鍵的鍵長和碳原子的混成軌域有關，因此碳原子的混成軌域為 sp3、sp2 或 sp，其對應的鍵長也會不同。

由於碳 - 氫鍵在有機化合物中經常出現可見，其結構式中大都會省略氫原子。烴類是只含有碳 - 氫鍵及碳 - 碳鍵的化合物，可分為烷烴、烯烴、炔烴、環烴及芳香烴。

## 反應

一般而言碳 - 氫鍵相當穩定，不太容易產生反應。有些有機化合物中的碳 - 氫鍵酸性夠強，可以使氫離子解離，這類的化合物一般稱為含碳酸（carbon acid），其共軛鹼為碳負離子。烷烴中不和氧、氮、碳等雜原子相鄰的碳 - 氫鍵活性較弱，這類碳 - 氫鍵一般只參與自由基取代反應。另一種和碳 - 氫鍵有關的反應是碳 - 氫鍵活化反應。

以下是在不同有機化合物中碳 - 氫鍵的鍵能比較：

## 參照

* 氫

## 參考資料
碳-氧键

**碳－氧鍵**是指碳原子和氧原子之間形成的共價鍵，這是有機化學和生物化學中最常見的化學鍵之一。氧原子具有 6 個價電子，傾向於與碳原子共用兩個電子形成化學鍵，剩下的四個非鍵電子形成兩對孤對電子。最簡單的含碳－氧鍵化合物是醇，它們可以看作水的有機衍生物。

碳－氧鍵是強極性鍵，電子云明顯偏向氧（電負性：碳 2.55，氧 3.44）。石蠟族的碳–氧鍵鍵長平均在 143 皮米左右，比碳－氮鍵或碳－碳鍵都要短。羧酸中單鍵鍵長更短（136pm），其中因為共軛效應的存在而具有部分雙鍵的性質。環氧化合物中鍵長更長（147pm），因為角張力的存在使得電子云不能很好地重疊。碳–氧鍵的鍵能也比碳－氮鍵或碳–碳鍵大。例如，298K 時，甲醇中 C-O 鍵鍵能為 91 kcal/mol，甲胺中 C-N 鍵鍵能為 87 kcal/mol，而乙烷中 C-C 鍵鍵能為 87 kcal/mol。

含有端基碳氧雙鍵官能團的化合物統稱為羰基化合物，包括醛、酮、羧酸、羧酸衍生物等等。分子內部的碳氧雙鍵存在於帶正電的𨦡鹽離子中，但它們多以反應中間體的形式存在。在呋喃及其衍生物中，氧原子的孤對電子參與了 p-π 共軛，因此呋喃是芳香性的。羰基化合物中碳氧雙鍵的鍵長約為 123 pm。而醯鹵中的碳氧雙鍵具有部分三鍵的性質，因此鍵長只有 117 pm。常見的碳氧三鍵只在一氧化碳分子中存在，其中鍵長很短（112.8 pm）、鍵能很大。這樣的三鍵鍵能很大，甚至比氮氮三鍵的鍵能還高。氧也可以形成三價的化合物，例如氟硼酸三甲基𨦡。

## 化學

生成碳－氧鍵的重要反應有 Williamson 醚合成、親核醯基取代反應和烯烴的親電加成反應。Paternò–Büchi 反應相當於羰基進行的複分解反應。

## 含氧官能團

碳–氧鍵存在於以下這些官能團中：

## 參見

* 元素周期表中其他元素與碳形成的化學鍵：

## 參考資料
碳-氫-氧循環

**碳循環**是一種生物地質化學循環，指碳元素在地球上的生物圈、岩石圈、土壤圈、水圈及大氣中交換。碳的主要來源有四個，分別是大氣、陸上的生物圈（包括淡水系統及無生命的有機化合物）、海洋及沉積物。與氮循環和水循環一起，碳循環包含了一系列使地球能持續存在生命的關鍵過程和事件。碳循環描述了碳元素在地球上的回收和重複利用，包括碳沉澱。一個對湖泊的碳預算的測試可以檢測這個湖泊是否起到了沉澱二氧化碳的作用。碳循環最早被約瑟夫・普利斯特里和安東萬 - 羅倫・德・拉瓦節發現，被漢弗里・戴維所推廣。

## 主要組成部分

全球碳循環通常分為以下幾大儲集池的碳相互關聯的途徑交換：

* 大氣
* 陸地生物圈
* 海洋，包括溶解無機碳，活的和死的海洋生物
* 沉積物，如土壤有機碳的沉積物，包括化石燃料，淡水系統和非生物有機材料
* 地球的內部，碳來自於地球的地函和地殼。這些碳存儲通過地質過程與其他組成部分交互

碳儲集之間的交流發生是各種化學，物理，地質和生物過程的結果。海洋是包含最大的地球的表面附近的碳的活躍儲集池。

## 從大氣中移走二氧化碳

### 植物（生產者）

光合作用會從空氣中吸入二氧化碳並轉化為碳水化合物，例如葡萄糖和澱粉，接著將碳水化合物轉化為蛋白質和脂肪。較新的樹林會轉化較多的二氧化碳，因為植物生長的速度較快。

### 動物（消費者）

動物會以植物為食物，並將植物組織的有機物消化及轉化為動物組織。

### 化石燃料

生物屍體埋在泥土下或壓縮在水底下，經過數萬年泥土或水的壓力及地下的高溫，就會生成化石燃料而儲存大量的碳。

### 海中的動物

海中有殼的動物會利用海水中的碳去製造自己的殼。

### 其他

大氣中的二氧化碳，部分會與降雨的水結合成碳酸，落至地面經滲透後，與地底的鈣質化合成碳酸鈣。此即為鐘乳石生成原理，但此作用極為緩慢。

## 二氧化碳回歸大氣中

### 呼吸作用

植物、動物、細菌和真菌皆會透過呼吸作用釋放二氧化碳

### 分解

細菌和真菌會將生物的屍體分解並釋放二氧化碳返回大氣中。

### 燃燒

當燃燒化石燃料時，便會釋放大量二氧化碳。

### 海中的動物

當貝殼碎裂的時候、生物死亡被分解時二氧化碳會被釋放到海裡。

### 其他

碳酸鈣遇到酸雨（鹽酸、亞硫酸），將導致碳酸鈣之中封存的二氧化碳釋出到大氣。

## 參看

* 生物碳（英語：Biochar）
* 碳足跡（英語：Carbon footprint）
* 初級生產（英語：Primary production）
* 雪球地球和慢速「碳循環」
* 卡爾文循環
* 生物地質化學循環

## 參考資料

* Basic Principles in Biology Book 1 -Y.K.TO. Chapter 6.6 Cycling of Materials
碳-氮键

**碳－氮鍵**是碳原子和氮原子之間形成的共價鍵，它也是有機化學和生物化學中最常見的化學鍵之一。

氮原子有五個價電子，在通常的胺中的化合價為 3，剩下的兩個電子形成一對孤對電子。通過那對電子，氮可以與氫形成配位鍵使自身的配位數達到 4，並形成帶有一個正電荷的銨鹽。許多氮化合物因此具有鹼性，但強弱取決於結構：醯胺中的氮原子不具鹼性，這是由於其孤對電子離域而與羰基形成共軛效應（類似於羰基的烯醇式），使得 N－C 鍵具有部分雙鍵的性質。在吡咯中孤對電子成為 6 電子芳香共軛體系的一部分因而其氮原子也不具鹼性。

與碳－碳鍵類似，碳氮之間也可以形成穩定的雙鍵，例如亞胺，而腈中還存在三鍵。鍵長隨著鍵級的增加而縮短，從胺的 147.9pm 到 C-N= 化合物（例如硝基甲烷）的 147.5 pm，吡啶中的部分雙鍵長度為 135.2pm，到腈中三鍵的長度為 115.8 pm

CN 鍵是具有強烈極性的共價鍵（碳和氮電負性分別是 2.55 和 3.04），導致分子偶極矩較高：氰胺為 4.27D，重氮甲烷為 1.5 D，疊氮甲烷為 2.17，吡啶為 2.19。因為這個原因許多含有 CN 鍵的化合物可溶於水。

## 含氮官能團

## 參見

* 氰化物
* 其他氮族元素與碳形成的共價鍵：**碳－氮鍵**、碳－磷鍵。
* 其他第二周期元素與碳形成的共價鍵：碳－鋰鍵、碳－鈹鍵、碳－硼鍵、碳－碳鍵、**碳－氮鍵**、碳－氧鍵和碳－氟鍵。

## 參考資料
碳-碳键

**碳－碳鍵**是一連接兩個碳原子的共價鍵。其中最普通的形式是單鍵：即一個鍵是由兩個電子組成，其中兩個原子分別提供一個電子。碳－碳單鍵屬於 σ 鍵，組成單鍵的兩個碳原子自身的電子先形成混成軌域，然後兩個混成軌域之間形成碳－碳單鍵，例如乙烷的兩個碳原子就是形成 sp3 混成軌域，但碳的單鍵也有形成其他混成軌域的例子（例如 sp2 對 sp2）。其實單鍵二端的的碳原子不一定要形成相同的混成軌域。在烯烴中碳原子會形成雙鍵，在炔烴中碳原子會形成三鍵。雙鍵的組成是一個 σ 鍵（由兩個形成 sp2 混成軌域的電子）和一個 π 鍵（由兩個未參與混成的 p 軌域電子所構成）。三鍵則是一個 sp 混成軌域和二個 p 軌域所構成，其中二個原子各提供一個 p 軌域。雙鍵及三鍵中使用的 p 軌域會形成 π 鍵。當碳 - 碳鍵數愈多，鍵能愈大，鍵長愈短。

碳有一個很特殊的性質，那就是碳原子可以互相鍵結形成長鏈，此性質稱為「成鏈」。有了這個性質，碳原子就可以連結在一起形成眾多不同類型的分子，其中一些化合物對這個世界上的生命和人類的生活有極大的意義，有機化學就是專門研究有機分子的化學特性。

## 支鏈

碳原子可以與不同數量的其他碳原子形成鍵，形成在碳－碳骨架中常見的支鏈。按照中國傳統的伯仲叔季的輩份順序，將含碳基團按照直接鍵合碳原子基團的數目定義為一級碳、二級碳、三級碳和四級碳：

* **一級碳原子**（Primary carbon atom）可用 **1°** 表示，是指連有一個碳原子的碳原子，和一級碳原子相連的氫原子成為伯氫原子。如：乙醇（一級醇）。在有機化學反應中，一級碳自由基最不穩定，所以相應的能量最高。

　
:

* **二級碳原子**（Secondary carbon atom）可用 **2°** 表示，是指連有兩個碳原子的碳原子，和二級碳原子相連的氫原子成為仲氫原子。如：異丙醇（二級醇）。

　
:

* **三級碳原子**（Tertiary carbon atom）可用 **3°** 表示，是指連有三個碳原子的碳原子，和三級碳原子相連的氫原子成為叔氫原子。如：叔丁醇（三級醇）。三級碳原子的碳正離子和自由基都是很穩定的。

　
:

* **四級碳原子**（Quaternary carbon atom） 可用 **4°** 表示，是指連有四個碳原子的碳原子，如：新戊烷。在有機化學反應中，四級碳的穩定性在四種碳原子中最佳。

　
:

## 合成

**碳－碳鍵形成反應**是有機反應中形成新的碳－碳鍵的反應。碳－碳鍵的形成對於人造化學品很重要，如藥品和塑膠。

下列反應是可以形成碳－碳鍵的例子，如：羥醛反應、Diels-Alder 反應、格氏試劑對羰基的加成反應、赫克反應、Michael 反應和威悌反應。

## 參見

* 碳－碳鍵形成反應
* 碳原子與其他元素成鍵之化學見右側元素週期表：

## 參考文獻
碳-陶瓷制動系統

**碟式軔機**，又稱為**碟式制軔**或是**碟煞**，是一種廣泛應用於各類型交通工具和工業機械的制軔裝置，在汽車、摩托車、自行車、飛機、鐵路機車車輛都可見其應用。碟式軔機裝置主要由煞車盤、制軔閘片和制軔鉗組成，煞車盤安裝在車軸上隨同車輪旋轉，制軔鉗像鉗一樣橫跨在煞車盤的兩側，制軔時用制軔鉗上的閘片壓緊煞車盤，使閘片與煞車盤摩擦而產生制軔作用。

## 主要應用

### 汽車

汽車使用碟式軔機裝置按照結構形式劃分，主要可分為浮動卡鉗式或固定卡鉗式，另外還有較特殊的全盤式。固定卡鉗式軔機將制軔鉗固定安裝在車橋上，既不能旋轉也不能沿煞車盤軸線方向移動，因而必須在制軔鉗兩側都裝設制軔閘片驅動裝置，以便分別將兩側的閘片壓向煞車盤。浮動卡鉗式軔機的制軔鉗一般設計得可以相對煞車盤軸向滑動或擺動，它只在煞車盤的內側設置液壓缸，外側的閘片附裝在鉗體上。全碟式軔機器的制軔閘片為圓盤形，可覆蓋住煞車盤的全部摩擦表面，適用於要求制軔力矩較大的重型汽車。

### 鐵路

碟式軔機也是鐵路機車車輛常用的制軔方式之一。碟式軔機裝置的安裝形式主要可分為兩種類型，包括將煞車盤安裝在車軸上的軸盤式，以及將煞車盤安裝在車輪輪轂兩側的輪盤式。與踏面制軔相比，碟式軔機不僅可以大幅減輕車輪踏面的熱負荷和機械磨耗，而且這是從煞車盤兩側夾緊而產生的平面摩擦，所以碟式軔機的摩擦面積及制軔容量更大。

此外，還可根據需要選擇最佳的閘瓦和煞車盤材質。碟式軔機裝置幾乎全部使用摩擦係數較高而且較穩定的合成閘瓦或粉末冶金閘瓦，有利於充分利用粘著並縮短制軔距離。煞車盤材質方面，在發展初期主要採用鑄鋼製動盤，後來發現鑄鋼的耐熱性和耐磨性均比鑄鐵差，因此灰鑄鐵和合金鑄鐵製動盤逐漸被普遍採用，德國和日本等國還曾經在高速列車上試驗鍛鋼、結構鋼、低合金鋼等材質的煞車盤。當碟式軔機裝置作用時閘片溫度可超過 800℃，所以煞車盤既要有吸收熱能的容量，又要有良好的冷卻性能，煞車盤大多採用內置通風筋的中空結構。

### 飛機

許多飛機都使用液壓控制的碟式軔機，以縮短降落時的滑行距離，控制地面上的滑行速度。小型飛機大多使用和汽車一樣的單碟式軔機，而大型飛機則使用多盤式煞車，數片轉盤固定在機輪上隨機輪一同旋轉，另一方面定盤交互於轉盤之間，但固定於起落架而不轉動，在制軔時依靠液壓驅動裝置使轉盤和定盤接觸，靠相互摩擦而達到煞車制軔的作用。

## 參考文獻
碳11

**碳 - 11** 或 11C 是碳的人造放射性同位素之一，原子核包含了 6 個質子和 5 個中子，原子核自旋是 - 3/2，它會透過正電子發射衰變成硼 - 11，半衰期是 20.38 分鐘。它有 0.19–0.23% 的機率是以電子捕獲衰變的。

　
: 11 
C 
  → 11 
B 
  + 
e+ 

 + 
ν 
e
 + 0.9605 MeV

　
: 11 
C 
  + 
e− 

 → 11 
B 
  + 
ν 
e + 1.9825 MeV

它可以由氮 - 14 被質子轟擊而成：

　
: 14 
N 
  + 
p 

 → 11 
C 
  + 4 
He

碳 - 11 可以用作正電子斷層掃描的放射性同位素。碳 - 11 的載體包括 [11 
C 
]DASB 和 [11 
C 
]Cimbi-5。

## 參見

* 碳 - 14
* 碳 - 13
* 碳 - 12
* 碳的同位素

## 參考資料
碳12

**12C** 是質量數為 12 的碳原子，其質子數和中子數都為 6，它是碳元素的一種同位素，在世界現存碳元素中占比 98.89%，是最常見的碳同位素。

在 2019 年 5 月 20 日國際單位制基本單位的重新定義之前，碳 - 12 原子曾被用來作為亞佛加厥常數（**阿佛加德羅常數**）的標準：12 克碳 - 12 中所含原子的個數被定義為阿伏伽德羅常數 6.022×1023。

## 形成

**碳 - 12**，可於約攝氏兩億度的兩個氦 - 4 原子核撞擊形成鈹 - 8，在鈹 - 8 未衰變前若又撞擊一個氦 - 4 原子核，即形成碳 - 12，此過程被稱為 3 氦過程。

## 參考來源
碳13

**碳 13** 是碳的穩定同位素之一，在地球自然界的碳中佔約 1.109%。

## 參見

* 碳的同位素

## 參考來源
碳14

**碳 14**（14 
C）或**放射性碳**是碳元素的一種具放射性的同位素，於 1940 年 2 月 27 日由加州大學伯克利分校放射性實驗室（現勞倫斯伯克利國家實驗室）的馬丁・卡門和薩姆・魯本首先發現。碳 - 14 原子由宇宙射線撞擊空氣中的氮原子所產生。碳 - 14 的原子核由 6 個質子和 8 個中子構成，其半衰期約為 5,730±40 年，衰變方式為 β 衰變，衰變過程中，碳 - 14 原子轉變為氮 - 14 原子。在地球上有 99% 的碳以碳 - 12 的形式存在，其次約 1% 的碳以碳 - 13 的形式存在，而只有萬億分之一（0.0000000001%）的碳 - 14 存在於大氣中。

1940 年代，威拉得・利比在美國芝加哥大學利用碳 - 14 的特性發明了放射性碳定年法，並於 1960 年獲得諾貝爾化學獎 。由於有機材料中含有碳 - 14，因此根據它可以確定考古學、地質學和水文地質學樣本的大致年代，利用放射性碳定年法最大測算不超過 6 萬年，而且沒有參照的情況下測算結果誤差較大。

## 放射性碳定年法

由於碳 - 14 之半衰期達 5,730 年，且碳是有機物的元素之一，一般可以根據死亡生物體的體內殘餘碳 - 14 成份來推斷其年齡。生物藉由呼吸攝入碳 - 14，在生物體內含量大致穩定不變，而死去後停止呼吸，此時體內留存的碳 - 14 因衰變開始減少。由於碳 - 14 在自然界的各個碳的同位素中的比例很穩定，因此可以透過測量一件古物的碳 - 14 含量，來估計它的大概年齡。這種方法被稱為放射性碳定年法。

這個方法估計的大氣碳 - 14 含量可以通過植物年輪（最多可推算到大約 10000 年前）或者洞穴沉積物（例如鐘乳石，最多可推算到大約 45000 年前）來推算，根據推算結果對比年輪和洞穴沉積物就可以建立起碳 - 14 的年代變化模型，從而獲得其它樣本的年齡。

### 限制

碳 - 14 定年法最大測算時間不能超過 6 萬年，而且所測得的年代有頗大的誤差。而且其假定大氣中的碳 - 14 濃度不會隨時間而改變，也與事實有落差。此外，碳 - 14 測定亦有可能受到諸如火山爆發等自然因素影響，因為在火山噴發時將地下大量氣體和物質帶到大氣中，從而影響碳 - 14 在某區域大氣中的含量。所以，若沒有其他年代測定方法（如：利用樹木的年輪）來檢訂，單單依賴碳 - 14 的測年數據並不完全可靠。隨著現代工業的高速發展和大量化石燃料的應用，古代深藏地下的碳被排放到大氣中並進入生物循環，但是這些化石燃料的碳 - 14 含量非常稀少，因此不會對放射性碳定年法的結果產生干擾。

## 存在

### 化石燃料中

大多數人造材料（塑料）由化石燃料，諸如石油或者煤炭製成，其中包含著遠古時期的碳 - 14。然而，石油蘊藏物中通常存有微量的碳 - 14，但所含的碳 - 14 的量不穩定，誤差範圍可以從當時有機物中的 1％到 40000 年之間碳 - 14 曾經存在過的最高水平。這表明碳 - 14 的濃度有可能會在自然界當中受到污染，例如細菌、地下放射性物質（例如鈾元素的衰變輻射） 或其它的碳 - 14 的二次製造源。現存的碳 - 14 在其碳質原料的同位素特徵中有機會受到生物源污染或地質岩層附近環境的放射性污染。

### 人體中

在人體中，碳元素約占整個身體質量的 18%。生物體的每克碳內含有大約 500 億個碳 - 14 原子，其中每分鐘大約有 10 個碳 - 14 原子衰變。

## 參考文獻

## 參考資料

## 參看

* 放射性碳定年法
* 碳的同位素
* 774 年至 775 年間碳 14 飆升

## 外部連結

* 黃國恩，《「碳十四測年法」的原理是什麼？》，臺灣臺東：國立臺灣史前文化博物館。
碳15手槍

**碳 15**（Carbon 15）是一系列曾經由美國已停止生產的槍械製造商專業軍械公司（Professional Ordnance）所設計和生產的輕型彈匣供彈式手槍、卡賓槍和步槍槍族，而該設計在一段時間過後由當前的製造商大毒蛇武器公司所取得。該槍族分為發射 9×19 公釐帕拉貝倫手槍子彈與 5.56×45 公釐北約口徑制式步槍子彈的型號。

## 概述

碳 15 系列武器與柯特 AR-15 半自動步槍之間有著前者從設計上密切地基於後者的關係。該槍族的特徵是其碳纖維結構，提供了非常輕便，亦非常耐用，包括：防化學物、防水和耐熱的槍身。碳 15 系列通常是 5.56 公釐（.223 英寸）口徑的武器，但亦有推出碳 15 的手槍與卡賓槍的 9×19 公釐帕拉貝倫口徑版本。

2009 年初，碳 15 手槍與步槍系列的主要製造商大毒蛇公司開始在他們生產的碳 15 M4 步槍以上追加了拋殼口防塵蓋和復進助推器。

## 使用國

* 阿曼
  * 阿曼蘇丹武裝部隊
* 美國
  * 地方警察部門
* 梵蒂岡
* 馬來西亞

## 資料來源

## 參見

* 大毒蛇 XM-15 半自動步槍
* 大毒蛇 M4 型卡賓槍
* 5.56×45mm NATO
* Kel-Tec PLR-16
* 奧林匹克 OA-93

## 外部連接

* （簡體中文）— D Boy Gun World（槍炮世界）—
  * 其他生產商的 M16 派生型 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
  * BUSHMASTER 公司的 AR 式武器 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
碳18

**環 [18] 碳**或**環十八 - 1,3,5,7,9,11,13,15,17 - 九炔**是碳的同素異形體之一，化學式為 C 
18，幾乎不溶於水。它是一種環碳和多炔，由十八個碳原子以單叄鍵交替構成環。環 [18] 碳是預測能夠熱力學穩定最小的環 [n] 碳，理論應變能為 72 kcal/mol。

## 歷史和製備

早在 1991 年，便有人對環 [18] 碳的結構進行預測，並進行過有關計算，但其合成卻在 2019 年才被 IBM 和牛津大學的聯合團隊通過環丁酮結構的數個位點進行電化學脫羰基反應製得：

它也可由 C18Br6 的脫溴反應製得。

## 性質

IBM 研究人員發現，環 [18] 碳的電子結構由交替的單叄鍵構成，而非累計雙鍵結構，它在理論上是一種半導體。

在該化合物中，C—C 鍵的鍵長為 1.36 Å，C≡C 的鍵長為 1.20 Å。

## 參考文獻

## 拓展閱讀

* Sen, Sabyasachi; Seal, Prasenjit; Chakrabarti, Swapan. Explicit role of dynamical and nondynamical electron correlations on broken symmetry inC4N+2clusters. Physical Review B. 2006, **73** (24). ISSN 1098-0121. doi:10.1103/PhysRevB.73.245401.
* Feyereisen, Martin; Gutowski, Maciej; Simons, Jack; Almlöf, Jan. Relative stabilities of fullerene, cumulene, and polyacetylene structures for Cn:n=18–60. The Journal of Chemical Physics. 1992, **96** (4): 2926–2932. ISSN 0021-9606. doi:10.1063/1.461989.
* Murphy, Veronica L.; Farfan, Camille; Kahr, Bart. Chiroptical structure-property relations in cyclo[18]carbon and its in silico hydrogenation products. Chirality. 2018, **30** (4): 325–331. ISSN 0899-0042. doi:10.1002/chir.22817.
碳60

**巴克明斯特富勒烯**（英語：Buckminsterfullerene），分子式為 C60，是富勒烯家族的一種，球狀分子，是最容易製備的一種，1985 年英國化學家哈羅德・沃特爾・克羅托博士和美國科學家理察・斯莫利在萊斯大學製備出了第一種富勒烯。

## 發現

1985 年，英國化學家哈羅德・沃特爾・克羅托博士和美國科學家理察・斯莫利等人在萊斯大學於氦氣流中以雷射汽化蒸發石墨實驗中首次製得由 60 個碳組成的碳原子簇結構分子「**C60**」。為此，克羅托博士獲得 1996 年度諾貝爾化學獎。在 1990 年前，關於富勒烯的研究都集中於理論研究，因為沒有足量的富勒烯用於實驗，直到 1990 年後，Kriischmer 等人第一次報導了大量合成 C60 的方法，才使得 C60 的研究得以大量展開。因為這個分子與建築學家巴克明斯特・富勒設計的 1967 年世界博覽會美國館球形圓頂薄殼建築很相似，為了表達對他的敬意，將其命名為「**巴克明斯特・富勒烯**」（buckminster fullerene），暱稱「巴克球」（buckyball）。

* * *

## 結構

後來通過質譜分析、X 射線分析後證明，**C60** 的分子結構的確為球形 32 面體，它是由 60 個碳原子以 20 個六員環和 12 個五員環連接而成的具有 30 個碳碳雙鍵（C=C）的足球狀空心對稱分子，所以，富勒烯也被稱為**足球烯**。

1991 年，日本科學家飯島澄男另外發現管狀的富勒烯稱為「巴克管」（單壁的奈米碳管（SMNT），全世界最小的人工中空管，就是巴克管）。
在數學上，富勒烯的結構都是以五邊形和六邊形面組成的凸多面體。最小的富勒烯是 C20，有正十二面體的構造。沒有 22 個頂點的富勒烯。之後都存在 C2_n_ 的富勒烯，_n_ = 12, 13, 14 ...。暫時有 1812 種富勒烯。

它是一系列含有多個碳原子的籠狀原子簇的總稱，其中最有名且最先發現的是碳六十分子（C60），它有個特別的名字：buckminster fullerene。所有富勒烯結構的五邊形個數為 12 個，六邊形個數為（n - 10）。

## 性質

### 物理性質

#### 密度

**C60** 的密度大約為 1.7g/cm3。

#### 溶解性

C60 在大部分溶劑中溶解性很差，通常用甲苯、氯苯或二硫化碳等芳香性溶劑溶解。純富勒烯的溶液通常是紫色，濃度大則是紫紅色。富勒烯是迄今發現的唯一在室溫下溶於常規溶劑的碳同素異形體。

C60 在一些溶劑的溶解度列於下表

## 另見

* 名稱獨特的化學物質列表

## 參考文獻
碳8

**碳**（原子量：12.0107 (8)）共有 15 個已知同位素，質量數介於 8-22 之間，其中有 2 個是穩定的，其他都具有放射性。天然存在的碳同位素有 3 個，分別是穩定的 12C、13C 和具放射性的 14C，其中 14C 在自然界中僅痕量存在，為宇宙射線所產生。其餘同位素都不出現在自然界中，只有在實驗室製造出來過，且半衰期都很短，非常不穩定。

## 常見的碳同位素

### 碳 - 11

碳 - 11 是碳的一個人造放射性同位素，半衰期約 20.334 分鐘。絕大多數的碳 - 11 會透過 β+ 衰變衰變為硼 - 11，其過程會發射出正子，而有少部分的 (約 0.19–0.23%) 的碳 - 11 會透過電子捕獲衰變為硼 - 11。

　
: 11 
C 
  → 11 
B 
  + 
e+ 

 + 
ν 
e
 + 0.96 MeV

　
: 11 
C 
  + 
e− 

 → 11 
B 
  + 
ν 
e + 1.98 MeV

碳 - 11 可以利用氮透過粒子加速器以下列反應制備：

　
: 14 
N 
  + 
p 

 → 11 
C 
  + 4 
He

正電子發射計算機斷層掃描中的放射線標記分子通常會使用含有放射性碳同位素碳 - 11 的放射性分子，例如[11 
C 
]DASB 和[11 
C 
]Cimbi-5。

### 碳 - 12

碳 - 12 是碳的穩定同位素之一。其相對豐度是 98.9%，是自然界中最普遍的碳同位素。

### 碳 - 13

碳 - 13 是碳的穩定同位素之一。其相對豐度是 1.1%。

### 碳 - 14

碳 - 14 是碳的放射性同位素之一，半衰期約 5730 年。碳 - 14 是碳唯一的天然放射性同位素，在自然界中痕量存在，為宇宙射線作用下發生 14N + 1n → 14C + 1H 反應而產生。

由於碳是有機物所含的元素之一，我們可以根據死亡生物體的體內殘餘碳 - 14 的量來推斷它的存在年齡，稱為放射性碳定年法。

## 圖表

**備註：**畫上 #號的數據代表沒有經過實驗的証明，只是理論推測而已，而用括號括起來的代表數據不確定性。

 

## 註釋

## 參考文獻

* Flannery, T 2005, _The weather makers: the history & future of climate change_, The Text Publishing Company, Melbourne, Australia. ISBN 1920885 84 6.
* Isotope masses from Ame2003 Atomic Mass Evaluation by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in _Nuclear Physics_ A729 (2003).
* Isotopic compositions and standard atomic masses from Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）. _Pure Appl. Chem._ Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）.
* Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
  * Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
  * National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (retrieved Sept. 2005).
  * David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in _CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition_, online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes.
碳中和

**碳中和**（英語：carbon neutrality），是指國家、企業、產品、活動或個人在一定時間內直接或間接產生的二氧化碳或溫室氣體排放總量，通過使用低碳能源取代化石燃料、植樹造林、節能減排等形式，以抵消自身產生的二氧化碳或溫室氣體排放量，實現正負抵消，達到相對「零排放」。

要達成碳中和一般有兩種做法：

* 透過碳補償機制，使其產生的碳排放量等同在其它地方減少的碳排放量。例如：植樹造林、購買再生能源憑證。
* 使用低碳或零碳排的技術（參見低碳經濟）。例如使用再生能源（如風能和太陽能），以避免因燃燒化石燃料而排放二氧化碳到大氣中；最終目標是僅使用低碳能源，而非化石燃料，使碳的釋放與吸收回地球的量達平衡不增加。

透過碳交易付錢給其他國家或地區以換取其二氧化碳排放權，可以在減排目標不變的情況下節省成本；但由於此一做法並未真正達成減少二氧化碳總排放量的效果，因而常遭受批評。

碳足跡為是否達到碳中和的重要指標。有時不僅考慮二氧化碳，同時也考慮包含了其他溫室氣體的排放（例如甲烷）。

**淨零排放**（net zero emissions）其指的是溫室氣體淨排放為零，在近幾年更常被使用。與碳中和不同的是，淨零排放包含所有溫室氣體，且抵銷排放的做法只考慮能實際將溫室氣體從大氣移除的方式（如：植樹造林、碳捕集與封存）。

## 過程

一般會透過以下步驟，來達到碳中和：

* 承諾：以企業或是國家為單位，宣布碳中和的目標。
* 計算和分析：計算現有的溫室氣體排放，並分析如何將其減量。
* 執行：企業或地方政府，導入相關的環境及能源管理系統。
* 減量：透過內部的改變，達到減少溫室氣體的排放。例如：減少能源消耗（使用大眾運輸取代開車），使用低碳排能源（例如：再生能源及核能）。
* 抵消：透過碳補償機制，藉由減少外部的排放，來抵消自身造成的溫室氣體排放。例如：種樹、碳捕捉。
* 定期評估：定期的評估，並將成果整理發表，來檢討並改進其減少排放的措施。

## 直接和間接碳排

一個企業或國家要達成碳中和，必須將其碳足跡減為零。根據遵循的標準，來決定其溫室氣體排放的計算範圍。

一般來說，直接排放一定要減少或是抵消為零。而使用電力造成的間接排放，可透過購買再生能源來抵消。

直接排放包括其直接行活動造成的任何排放，例如產品製造、交通工具的使用、畜牧動物等。

間接排放包括使用或購買產品所產生的所有排放。例如，航空公司的直接排放物是燃燒的所有噴氣燃料，而間接排放包括飛機的製造和處維修保養，辦公室所用的電力以及員工上下班途中的每日排放。電力公司的直接排放，為發電廠使用的燃料造成的排放，而辦公室的使用則是間接排放。

## 全球碳中和進程

1988 年政府間氣候變化委員會 (Intergovernmental Panel on Climate Change，縮寫 IPCC) 由世界氣象組織和聯合國環境署合作成立，專責研究由人類活動所造成的氣候變遷。

1992 年 5 月聯合國氣候變遷綱要公約 (United Nations Framework Convention on Climate Change，縮寫作 UNFCCC) 通過，目標是將大氣中溫室氣體的濃度穩定在防止氣候系統受到危險的人為干擾的水平上。

1995 年 3 月 28 日至 4 月 7 日 UNFCCC 締約方在德國柏林舉行第一屆聯合國氣候變化大會 (Conferences of the Parties, COP1)。

1997 年 12 月在日本京都舉行第三屆聯合國氣候變化大會 (COP3)，通過了京都議定書 (Kyoto Protocol)。目標是將大氣中的溫室氣體含量穩定在一個適當的水準，大多數工業化國家和一些中歐轉型經濟體同意在 2008 年至 2012 年期間將溫室氣體排放量比 1990 年的水平平均減少 6% 至 8%。

2015 年 12 月，各國在《巴黎協定》中承諾，把全球平均氣溫上升控制在較工業化前不超過 2°C 之內，並爭取控制在 1.5°C 之內，並在 2050-2100 年實現全球「碳中和」目標，即溫室氣體的排放與吸收之間的平衡。各國需制定碳排放減排目標，即「國家自主貢獻」（NDC），每五年更新一次減排進展。

2018 年 9 月，美國加利福尼亞州州長傑里・布朗簽署了碳中和令，該州幾乎同時通過了一項法律，在 2045 年前實現電力 100% 可再生，但其他行業的綠色環保政策還不夠成熟。

2019 年 6 月，法國國民議會投票將淨零目標納入法律。在今年 6 月份的報告中，新成立的氣候高級委員會建議法國必須將減排速度提高三倍，以實現碳中和目標。

2020 年 1 月。奧地利聯合政府宣誓就職後，承諾在 2040 年實現氣候中立，在 2030 年實現 100% 清潔電力，並以約束性碳排放目標為基礎。

2020 年 3 月，歐盟執委會公布《歐洲氣候法》草案，決定以立法的形式明確，歐洲到 2050 年實現「碳中和」，即溫室氣體淨排放量到 2050 年降為零。草案要求，歐盟所有機構和成員國都採取必要措施以實現上述目標。根據 2019 年 12 月公布的「綠色協議」，歐盟執委會正在努力實現整個歐盟 2050 年淨零排放目標，該長期戰略於 2020 年 3 月提交聯合國。

2020 年 9 月，中國領導人習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上表示，中國將提高國家自主貢獻力度，採取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭於 2030 年前達到峰值，努力爭取 2060 年前實現碳中和。這一目標後來寫入了 2021 年公布的十四五規劃中。

2020 年 10 月，日本首相菅義偉在向國會發表首次施政講話時宣布，日本將在 2050 年實現溫室氣體淨零排放，完全實現碳中和。這是日本政府首次提出進入脫碳社會的具體時間表。同月 28 日，韓國總統文在寅也表示將在 2050 年完成碳中和。

2021 年 5 月 6 日，美國智庫榮鼎諮詢（Rhodium Group）發布的報告顯示，中國溫室氣體排放量在 2019 年佔全球的 27%，超過已開發國家的總和，遠超越排名第二的美國（11%）和排名第三的印度（6.6%）。

### 各國淨零排放目標

有兩個國家已經達到或超過淨零排放的目標：

* 不丹 （負碳排）
* 蘇利南 （2014 年後達成負碳排）

截至 2020 年 12 月 (2020-12)，許多國家已宣布淨零排放的意向及目標的經濟轉型。其中六個國家已完成立法規範在 2050 年達到淨零排放，包括英國、法國、丹麥、瑞典（2045）、紐西蘭、匈牙利。六個國家或地區已提出立法草案，分別為歐盟、加拿大、南韓、西班牙、智利、斐濟。另外有 14 個國家己納入政策議程。

## 參見

* 低碳經濟
* 碳收集及儲存
* 可替代能源

## 參考文獻
碳中立

**碳中和**（英語：carbon neutrality），是指國家、企業、產品、活動或個人在一定時間內直接或間接產生的二氧化碳或溫室氣體排放總量，通過使用低碳能源取代化石燃料、植樹造林、節能減排等形式，以抵消自身產生的二氧化碳或溫室氣體排放量，實現正負抵消，達到相對「零排放」。

要達成碳中和一般有兩種做法：

* 透過碳補償機制，使其產生的碳排放量等同在其它地方減少的碳排放量。例如：植樹造林、購買再生能源憑證。
* 使用低碳或零碳排的技術（參見低碳經濟）。例如使用再生能源（如風能和太陽能），以避免因燃燒化石燃料而排放二氧化碳到大氣中；最終目標是僅使用低碳能源，而非化石燃料，使碳的釋放與吸收回地球的量達平衡不增加。

透過碳交易付錢給其他國家或地區以換取其二氧化碳排放權，可以在減排目標不變的情況下節省成本；但由於此一做法並未真正達成減少二氧化碳總排放量的效果，因而常遭受批評。

碳足跡為是否達到碳中和的重要指標。有時不僅考慮二氧化碳，同時也考慮包含了其他溫室氣體的排放（例如甲烷）。

**淨零排放**（net zero emissions）其指的是溫室氣體淨排放為零，在近幾年更常被使用。與碳中和不同的是，淨零排放包含所有溫室氣體，且抵銷排放的做法只考慮能實際將溫室氣體從大氣移除的方式（如：植樹造林、碳捕集與封存）。

## 過程

一般會透過以下步驟，來達到碳中和：

* 承諾：以企業或是國家為單位，宣布碳中和的目標。
* 計算和分析：計算現有的溫室氣體排放，並分析如何將其減量。
* 執行：企業或地方政府，導入相關的環境及能源管理系統。
* 減量：透過內部的改變，達到減少溫室氣體的排放。例如：減少能源消耗（使用大眾運輸取代開車），使用低碳排能源（例如：再生能源及核能）。
* 抵消：透過碳補償機制，藉由減少外部的排放，來抵消自身造成的溫室氣體排放。例如：種樹、碳捕捉。
* 定期評估：定期的評估，並將成果整理發表，來檢討並改進其減少排放的措施。

## 直接和間接碳排

一個企業或國家要達成碳中和，必須將其碳足跡減為零。根據遵循的標準，來決定其溫室氣體排放的計算範圍。

一般來說，直接排放一定要減少或是抵消為零。而使用電力造成的間接排放，可透過購買再生能源來抵消。

直接排放包括其直接行活動造成的任何排放，例如產品製造、交通工具的使用、畜牧動物等。

間接排放包括使用或購買產品所產生的所有排放。例如，航空公司的直接排放物是燃燒的所有噴氣燃料，而間接排放包括飛機的製造和處維修保養，辦公室所用的電力以及員工上下班途中的每日排放。電力公司的直接排放，為發電廠使用的燃料造成的排放，而辦公室的使用則是間接排放。

## 全球碳中和進程

1988 年政府間氣候變化委員會 (Intergovernmental Panel on Climate Change，縮寫 IPCC) 由世界氣象組織和聯合國環境署合作成立，專責研究由人類活動所造成的氣候變遷。

1992 年 5 月聯合國氣候變遷綱要公約 (United Nations Framework Convention on Climate Change，縮寫作 UNFCCC) 通過，目標是將大氣中溫室氣體的濃度穩定在防止氣候系統受到危險的人為干擾的水平上。

1995 年 3 月 28 日至 4 月 7 日 UNFCCC 締約方在德國柏林舉行第一屆聯合國氣候變化大會 (Conferences of the Parties, COP1)。

1997 年 12 月在日本京都舉行第三屆聯合國氣候變化大會 (COP3)，通過了京都議定書 (Kyoto Protocol)。目標是將大氣中的溫室氣體含量穩定在一個適當的水準，大多數工業化國家和一些中歐轉型經濟體同意在 2008 年至 2012 年期間將溫室氣體排放量比 1990 年的水平平均減少 6% 至 8%。

2015 年 12 月，各國在《巴黎協定》中承諾，把全球平均氣溫上升控制在較工業化前不超過 2°C 之內，並爭取控制在 1.5°C 之內，並在 2050-2100 年實現全球「碳中和」目標，即溫室氣體的排放與吸收之間的平衡。各國需制定碳排放減排目標，即「國家自主貢獻」（NDC），每五年更新一次減排進展。

2018 年 9 月，美國加利福尼亞州州長傑里・布朗簽署了碳中和令，該州幾乎同時通過了一項法律，在 2045 年前實現電力 100% 可再生，但其他行業的綠色環保政策還不夠成熟。

2019 年 6 月，法國國民議會投票將淨零目標納入法律。在今年 6 月份的報告中，新成立的氣候高級委員會建議法國必須將減排速度提高三倍，以實現碳中和目標。

2020 年 1 月。奧地利聯合政府宣誓就職後，承諾在 2040 年實現氣候中立，在 2030 年實現 100% 清潔電力，並以約束性碳排放目標為基礎。

2020 年 3 月，歐盟執委會公布《歐洲氣候法》草案，決定以立法的形式明確，歐洲到 2050 年實現「碳中和」，即溫室氣體淨排放量到 2050 年降為零。草案要求，歐盟所有機構和成員國都採取必要措施以實現上述目標。根據 2019 年 12 月公布的「綠色協議」，歐盟執委會正在努力實現整個歐盟 2050 年淨零排放目標，該長期戰略於 2020 年 3 月提交聯合國。

2020 年 9 月，中國領導人習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上表示，中國將提高國家自主貢獻力度，採取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭於 2030 年前達到峰值，努力爭取 2060 年前實現碳中和。這一目標後來寫入了 2021 年公布的十四五規劃中。

2020 年 10 月，日本首相菅義偉在向國會發表首次施政講話時宣布，日本將在 2050 年實現溫室氣體淨零排放，完全實現碳中和。這是日本政府首次提出進入脫碳社會的具體時間表。同月 28 日，韓國總統文在寅也表示將在 2050 年完成碳中和。

2021 年 5 月 6 日，美國智庫榮鼎諮詢（Rhodium Group）發布的報告顯示，中國溫室氣體排放量在 2019 年佔全球的 27%，超過已開發國家的總和，遠超越排名第二的美國（11%）和排名第三的印度（6.6%）。

### 各國淨零排放目標

有兩個國家已經達到或超過淨零排放的目標：

* 不丹 （負碳排）
* 蘇利南 （2014 年後達成負碳排）

截至 2020 年 12 月 (2020-12)，許多國家已宣布淨零排放的意向及目標的經濟轉型。其中六個國家已完成立法規範在 2050 年達到淨零排放，包括英國、法國、丹麥、瑞典（2045）、紐西蘭、匈牙利。六個國家或地區已提出立法草案，分別為歐盟、加拿大、南韓、西班牙、智利、斐濟。另外有 14 個國家己納入政策議程。

## 參見

* 低碳經濟
* 碳收集及儲存
* 可替代能源

## 參考文獻
碳九

**裂解碳九**是含有九個碳原子的鏈狀烯炔化合物的通稱，常在石油提煉時獲得。其沸點介於汽油和柴油之間。浮在水面上時呈黃色。

## 成分

裂解碳九含有 150 餘種有機物。

儘管芳香烴含量沒有重整碳九高，裂解碳九中芳烴含量仍在 40～60％，其芳香烴多為烯基芳烴，如：

* 苯乙烯及其衍生物
* 茚及其衍生物
* 萘及其衍生物

另外，雙烯烴、單烯烴較多，二聚體、多聚體較多，部分硫、氮。雙環戊二烯占裂解碳九的 25～35％。

## 事件

2018 年 11 月 4 日，福建泉港東港石油化工公司在裝卸作業時造成 69.1 噸裂解碳九泄露。

## 參考文獻

## 擴展閱讀

* 碳九芳烴
碳九芳烃

**九碳原子芳香烴**，又稱**重整碳九**，是一種聚合混合物，含有九至十二個碳原子芳烴及二聚環脂肪烯烴，是石油經過催化重整以及裂解後副產品中餾分在酸性催化劑存在下聚合而得。

## 主要成分

其主要成分包括異丙苯、正丙苯、乙基甲苯、均三甲苯、偏三甲苯、連三甲苯、茚、甲茚、雙環戊二烯（環戊二烯二聚體）、甲基環戊二烯二聚體等。

## 性質

一般狀況下，碳九芳烴的沸點在 153℃。 碳九芳烴大約占所有重整重芳烴的 80%-90%，其中三甲苯占 50％，甲基乙基苯占 20％～25％。而裂解石油所產生的重芳烴中，有 20% 的碳九芳烴，其中三甲苯有 4-6%。

## 相關

* 碳九

## 參考文獻
碳九芳烴

**九碳原子芳香烴**，又稱**重整碳九**，是一種聚合混合物，含有九至十二個碳原子芳烴及二聚環脂肪烯烴，是石油經過催化重整以及裂解後副產品中餾分在酸性催化劑存在下聚合而得。

## 主要成分

其主要成分包括異丙苯、正丙苯、乙基甲苯、均三甲苯、偏三甲苯、連三甲苯、茚、甲茚、雙環戊二烯（環戊二烯二聚體）、甲基環戊二烯二聚體等。

## 性質

一般狀況下，碳九芳烴的沸點在 153℃。 碳九芳烴大約占所有重整重芳烴的 80%-90%，其中三甲苯占 50％，甲基乙基苯占 20％～25％。而裂解石油所產生的重芳烴中，有 20% 的碳九芳烴，其中三甲苯有 4-6%。

## 相關

* 碳九

## 參考文獻
碳二亚胺

**碳二亞胺**（Carbodiimide）含有 N=C=N 官能團，是一類常用的失水劑。一般由硫脲失硫化氫或脲失水製備，水解得到脲衍生物。

## 用途

有機合成中，碳二亞胺是一類常用的失水劑，主要用於活化羧基，促使醯胺和酯的生成。反應中常加入 N - 羥基苯並三唑或 N - 羥基琥珀醯亞胺，可以提高產率，減少副反應的發生。

碳二亞胺也可與胺反應生成胍。

### 機理

羧酸與胺在碳二亞胺作失水劑下縮合的反應如下圖。羧酸 **1** 先與碳二亞胺反應生成中間體 O - 醯基異脲 **2**，類似於引入酯基活化羧酸。而後 **2** 與胺反應生成目標產物醯胺 **3** 和脲 **4**。**2** 可以與另一分子羧酸反應生成酸酐 **5**，酸酐與胺反應也得到醯胺 **3**。

反應的副產物主要是 **2** 重排生成的 N - 醯基脲 **6**。使用低介電常數的溶劑（如二氯甲烷、氯仿）可減少 **6** 的生成。

## DCC

**DCC**（二環己基碳二亞胺）是最早使用的碳二亞胺之一，大多用在多肽合成中的接肽一步。DCC 作失水劑的反應產率很高，並且試劑的價格也不昂貴。

但 DCC 也有很多缺點限制了它的應用：

1. 副產物 _N_,_N'_- 二環己基脲不溶於水，一般用過濾除去，但仍有少量殘留於溶液中，難以除淨；
2. DCC 不如其他固相接肽試劑方便，產物二環己基脲難以從多肽樹脂上分離出來；
3. DCC 會造成過敏。

## DIC

**DIC**（N,N'- 二異丙基碳二亞胺）用作 DCC 的替代品，與 DCC 相比有以下幾點優勢：

1. DIC 為液態，更容易使用；
2. 產物 _N_,_N'_- 二異丙基脲可溶於大多數有機溶劑，很容易通過溶劑萃取除去，DIC 也因此常用在固態合成中；
3. DIC 導致過敏的可能性較低。

## EDC

**EDC** 是個可溶於水的碳二亞胺，在醯胺合成中用作羧基的活化試劑，也用於活化磷酸酯基團、蛋白質與核酸的交聯和免疫偶連物的製取。使用時的 pH 範圍為 4.0-6.0，常和 N - 羥基琥珀醯亞胺（NHS）或 N - 羥基硫代琥珀醯亞胺連用，以提高偶聯效率。

施特格利希酯化反應中，用 EDC 和催化劑 4 - 二甲氨基吡啶（DMAP）使羧酸與醇發生酯化。

### 參考資料

* Nakajima, N; Ikada, Y; _Bioconjug Chem._ **1995**, _6(1)_, 123-130. Abstract
* Skotnicki, S; _Tetrahedron Lett._ **1994**, _35(2)_, 197-200. [1]

### 外部連結

* EDC （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）—PubChem
碳云智能

**碳雲智能**（**iCarbonX**），是由中國基因組學家、北京華大基因研究中心前 CEO 王俊在 2015 年創立的公司。iCarbonX 將基因組學與代謝物、細菌和生活方式選擇等其他健康因素相結合，以打造數位化的生活方式。 

iCarbonX 已籌集了超過 6 億美元的投資。騰訊控股有限公司和中源協和細胞基因工程股份有限公司向 iCarbonX 投資 2 億美元，使 iCarbonX 成為中國僅有三家估值超過 10 億美元的醫療保健初創公司之一（獨角獸）。該公司約有 100 名員工。

## 歷史

2015 年 10 月 27 日，iCarbonX 成立。2016 年 9 月 10 日，iCarbonX 收購以色列人工智慧和圖像處理公司 Imagu Vision Technologies，建立 iCarbonX-Israel 研發中心。2017 年 1 月 5 日，iCarbonX 宣布與七家公司建立數字生活聯盟，包括 SomaLogic、HealthTell、PatientsLikeMe、AOBiome、GALT、Imagu 和 Robustnique。

2017 年 1 月 5 日，iCarbonX 發布數字健康管理平台 Meum。公司名稱「iCarbonX」象徵利用網際網路和人工智慧來改善生活，而核心元素是碳。 「i」和「X」代表公司計劃將網際網路和人工智慧結合起來創造新事物。

## 參考文獻
碳信用

**碳信用額**（英語：carbon credit），簡稱**碳信用**，是指排放 1 噸二氧化碳當量的溫室氣體的權利的任何可交易額度或許可證通用術語。

碳信用和碳市場是國家和國際緩解溫室氣體濃度增長的努力一部分。一個碳信用額等於 1 噸二氧化碳，在一些市場中也可轉換為 1 噸二氧化碳當量的溫室氣體。碳交易是排放權交易方法的一種應用。其邏輯是是為各市場主體的溫室氣體排放量設置額度上限，然後以市場交易機制在受管制的主體之間分配排放量額度。

其目標是在市場機制的驅動下，相較於可無成本地排放溫室氣體的情況，推動工業和商業過程向更低碳的方向發展。由於減少溫室氣體排放的項目能夠產生可交易的碳信用額，因此該方法能在經濟上激勵貿易夥伴之間以及世界範圍內的碳減排計劃。

也有許多公司將碳信用額出售給有意自願降低其碳足跡的商業和個人客戶。這些碳補償交易者從投資基金或碳開發公司購買他們在各個項目中積累下的額度。買賣雙方還可以像交易碳信用額股票一樣，使用交易平台進行交易。信用的品質取決於驗證過程和作為碳項目發起人的基金或開發公司的成熟程度。這反映在他們的價格上。志願單位的價值通常低於通過嚴格驗證的清潔發展機制出售的單位。歐盟的碳信用額交易價格從 $ 7.78 到 $ 25.19 不等，在 2018 年平均每噸為 $ 16.21。儘管仍處於發展之中，但預計碳信用額的價值和交易量將繼續增長，尤其是在 COVID-19 大流行引發的經濟衰退之後，一些政府已承諾進行「綠色復甦」。

## 定義

《柯林斯英語詞典》將碳信用額定義為「證明政府或公司已付費來去除環境中一定量的二氧化碳的證明」。維多利亞州環境保護局將碳信用額定義為「溫室氣體排放指定值減少或抵消量的通用術語。通常相當於一噸二氧化碳當量（CO2-e）。」

Investopedia 將碳信用額定義為作為「允許持有者排放一噸二氧化碳的許可」…… 它「可在國際市場上以當時市價進行交易。」

## 種類

碳信用額有兩種類型：自願減排（voluntary emissions reduction，VER），即在場外交易或自願市場上交換信用額的碳補償；核證減排（certified emissions reduction，CER），即旨在補償某個項目的排放的監管框架定義的排放單位（或信用額）。

## 背景

化石燃料的燃燒是溫室氣體排放的主要來源，尤其是電力、水泥、鋼鐵、紡織、化肥和許多其他依賴化石燃料（煤、煤電、天然氣、石油）的行業。這些行業排放的主要溫室氣體是二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、碳氟化合物（HFCs）等，這些都會增加大氣捕獲紅外能量的能力，從而影響氣候。

隨著人們越來越意識到控制排放的必要性，碳信用的概念應運而生。政府間氣候變化專門委員會（IPCC）觀察到：

> 提供實際或隱含碳價格的政策能夠鼓勵生產者和消費者大量投資溫室氣體低排放的產品、技術和工藝。此類政策可包括經濟手段、政府資金和監管……
> 
> 

同時它指出，只要初始分配機制和長期價格具有合理水平的可預測性，可交易許可證制度是對工業部門環境有效的政策工具之一。

該機制已在 170 多個國家間的國際協議《京都議定書》中得到正式表述，其市場機制在隨後的《聯合國氣候變化框架公約》中達成一致。所採用的機制類似於美國成功的酸雨計劃，以減少一些工業污染物的排放。

## 參見

## 參考文獻

## 外部連結

* Carbon Finance International.
* 1605 (b) a US Voluntary Reporting Registry （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）.
* What is Additionality? Part 1: A long standing problem, GHG Management Institute, Discussion Paper No. 001, (Jan 2012).
碳信用额

**碳信用額**（英語：carbon credit），簡稱**碳信用**，是指排放 1 噸二氧化碳當量的溫室氣體的權利的任何可交易額度或許可證通用術語。

碳信用和碳市場是國家和國際緩解溫室氣體濃度增長的努力一部分。一個碳信用額等於 1 噸二氧化碳，在一些市場中也可轉換為 1 噸二氧化碳當量的溫室氣體。碳交易是排放權交易方法的一種應用。其邏輯是是為各市場主體的溫室氣體排放量設置額度上限，然後以市場交易機制在受管制的主體之間分配排放量額度。

其目標是在市場機制的驅動下，相較於可無成本地排放溫室氣體的情況，推動工業和商業過程向更低碳的方向發展。由於減少溫室氣體排放的項目能夠產生可交易的碳信用額，因此該方法能在經濟上激勵貿易夥伴之間以及世界範圍內的碳減排計劃。

也有許多公司將碳信用額出售給有意自願降低其碳足跡的商業和個人客戶。這些碳補償交易者從投資基金或碳開發公司購買他們在各個項目中積累下的額度。買賣雙方還可以像交易碳信用額股票一樣，使用交易平台進行交易。信用的品質取決於驗證過程和作為碳項目發起人的基金或開發公司的成熟程度。這反映在他們的價格上。志願單位的價值通常低於通過嚴格驗證的清潔發展機制出售的單位。歐盟的碳信用額交易價格從 $ 7.78 到 $ 25.19 不等，在 2018 年平均每噸為 $ 16.21。儘管仍處於發展之中，但預計碳信用額的價值和交易量將繼續增長，尤其是在 COVID-19 大流行引發的經濟衰退之後，一些政府已承諾進行「綠色復甦」。

## 定義

《柯林斯英語詞典》將碳信用額定義為「證明政府或公司已付費來去除環境中一定量的二氧化碳的證明」。維多利亞州環境保護局將碳信用額定義為「溫室氣體排放指定值減少或抵消量的通用術語。通常相當於一噸二氧化碳當量（CO2-e）。」

Investopedia 將碳信用額定義為作為「允許持有者排放一噸二氧化碳的許可」…… 它「可在國際市場上以當時市價進行交易。」

## 種類

碳信用額有兩種類型：自願減排（voluntary emissions reduction，VER），即在場外交易或自願市場上交換信用額的碳補償；核證減排（certified emissions reduction，CER），即旨在補償某個項目的排放的監管框架定義的排放單位（或信用額）。

## 背景

化石燃料的燃燒是溫室氣體排放的主要來源，尤其是電力、水泥、鋼鐵、紡織、化肥和許多其他依賴化石燃料（煤、煤電、天然氣、石油）的行業。這些行業排放的主要溫室氣體是二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、碳氟化合物（HFCs）等，這些都會增加大氣捕獲紅外能量的能力，從而影響氣候。

隨著人們越來越意識到控制排放的必要性，碳信用的概念應運而生。政府間氣候變化專門委員會（IPCC）觀察到：

> 提供實際或隱含碳價格的政策能夠鼓勵生產者和消費者大量投資溫室氣體低排放的產品、技術和工藝。此類政策可包括經濟手段、政府資金和監管……
> 
> 

同時它指出，只要初始分配機制和長期價格具有合理水平的可預測性，可交易許可證制度是對工業部門環境有效的政策工具之一。

該機制已在 170 多個國家間的國際協議《京都議定書》中得到正式表述，其市場機制在隨後的《聯合國氣候變化框架公約》中達成一致。所採用的機制類似於美國成功的酸雨計劃，以減少一些工業污染物的排放。

## 參見

## 參考文獻

## 外部連結

* Carbon Finance International.
* 1605 (b) a US Voluntary Reporting Registry （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）.
* What is Additionality? Part 1: A long standing problem, GHG Management Institute, Discussion Paper No. 001, (Jan 2012).
碳價格

**碳定價**是各國減緩全球暖化的一種方法，該方法通過增加溫室氣體排放的成本來鼓勵污染者減少使用煤炭、石油和天然氣等造成全球暖化的主要來源。這一方法被廣泛認可並被認為是有效的。碳定價的目的是解決二氧化碳和其他溫室氣體排放造成負外部性（排污者無需付費）。

碳價格通常採用碳稅或碳排放交易的形式。

2020 年，碳定價產生了 530 億美元的收入。2021 年，隨著中國開始實行國家碳交易計劃，碳定價覆蓋全球 21.7% 的溫室氣體排放量。實行碳定價的地區包括大多數歐洲國家和加拿大。另一方面，印度、俄羅斯、海灣國家和美國許多州等排放大國尚未制定碳定價。澳大利亞也廢除了其碳定價計劃。

最新的碳社會成本模型計算發現，由於經濟反饋和全球 GDP 增長率下降，每噸二氧化碳排放造成的損失超過 3000 美元，而政策建議範圍在 50-200 美元之間。許多碳定價計劃，包括中國的排放交易體系，定價低於 10 美元 / 噸 CO2。一個例外是歐盟排放交易體系（EU-ETS）2021 年的定價超過 60 歐元 / CO2（70.79 美元）。

碳稅因其簡單穩定而在經濟上受到普遍青睞，而選擇限額與交易通常是出於政治因素。交易計劃理論上提供了限制碳預算配額的可能性。當前的實施僅旨在滿足某些減排目標。

## 概念

### 碳交易

在碳排放限額與交易的制度設計下，政府設定一個排放上限，例如每年 1000 噸 CO 
2。然後，政府以政治或行政上確定的方式將配額給予相關主體，或者將配額拍賣給出價最高的人。排放許可發放後，配額可以在民間進行交易。沒有按規定限排的主體面臨比排放許可價格更高的罰款。理論上，排放量將會被限制在配額上限之內。如果上限太低，排放許可將供不應求，價格將居高不下。

和碳稅一樣，限額與交易制度根據化石燃料的碳含量設定相應的上限。一般來說，該制度的覆蓋範圍是局部的，例如可能僅限於電力工業。與碳稅不同的是，許可證市場會自發調整碳價格，以確保達到上限，而在碳稅制度下，碳價格由政府而不是市場設定。兩個或兩個以上國家只需認可對方的限額，就可以聯繫雙方的限額與交易市場，其效果是使兩個市場的碳定價相等。

在實踐中，歐盟排放交易體系的結果是碳價格相當高，但這後來被可再生能源政策（非價格政策）和大衰退削弱了。

### 碳稅

在碳稅制度下，監管機構直接設定碳價格。原則上，所有 CO 
2 排放源應按每噸 CO 
2 排放的相同稅率徵稅。這可以通過對所有化石燃料按其碳含量比例徵稅來實現。在實踐中，不同的燃料和不同的燃料使用方式可能以不同的稅率徵稅，由此產生的稅收仍可稱作碳稅。

#### 混合設計

總量管制與交易制度可以包括有下限和上限的價格穩定條款。這種設計通常被稱為混合設計（hybrid design (s)）。只要價格受到這些限制的控制，就可以認為它是一種稅。

## 碳排放社會成本

一噸二氧化碳排放造成的具體的經濟損失取決於氣候和經濟的反饋效應，數值在一定程度上仍不確定。但最新的計算顯示出其增長的趨勢。相關動態模型包括貼現率。這導致當前狀態下其成本更低，而一旦碳預算耗盡，成本就會更高。

## 參考文獻
碳刷

**電刷**（Brush）是電機的重要組成元件，負責在旋轉部件與靜止部件之間傳導電流。因多用石墨製成，故也稱**碳刷**。

電刷多裝配於換向器或滑環，是滑動型接觸體。需有光滑、耐磨、導電性良好等特性。根據不同的應用，要麼是部分金屬部件（銅、銀、鉬）、大部分或完全由金屬製成。

實際使用中，一個滑環通常配最少兩個電刷，避免因單個電刷接觸不良而變成斷路。

## 參考資料
碳化

**碳化**（英語：carbonization）是通過破壞性蒸餾將植物和動物屍體殘骸等有機物，轉化為碳的反應過程。

## 碳化的複雜性

碳化是一種熱裂解反應，因此被認為是一個複雜的過程，其中有許多反應會同時發生，如脫氫、冷凝、氫轉移和異構化。

碳化與煤化的不同之處，在於碳化發生得更快，因為它的反應速率快了許多數量級。

對於最終的熱解溫度，施加的熱量將會控制碳化程度，以及外來元素的殘餘含量。例如：在 T~1200K 的殘渣碳含量超過 90wt.%，而在 T~1600K 時發現超過 99wt.% 的碳。 碳化通常是放熱過程，這意味著它原則上可以自我維持，並被用作不產生二氧化碳的能源。 就葡萄糖的情況而言，該反應可以每克釋放約 237 卡路里的熱量。

當生物材料暴露於突然的灼熱時，例如：在核爆炸或火山碎屑流的情況下，可以被極快地碳化轉變為固體碳。赫庫蘭尼姆古城被火山摧毀的過程中，包括家具在內的許多有機物都被高溫碳化。

## 木材如何轉化為木炭

木材在工業環境的碳化通常需要 280°C 以上的溫度，這將會釋放能量，因此這種反應稱為放熱過程。這種碳化也可以視為木材的自發分解，直到剩下稱為木炭的碳化殘留物。除非提供進一步的外部熱量，否則這個過程會停止，溫度最高達到約 400°C。然而，這種木炭仍會含有相當數量的焦油殘留物，以及原始木材的灰燼。

## 碳化中的工業安全

碳化產生的物質可以被證明是有害物質，應該採取簡單的預防措施來降低風險。

碳化產生的氣體含有高含量的一氧化碳，吸入時有毒。因此在窯爐或坑周圍操作期間，以及窯爐開啟進行卸料時，必須注意提供適當的通風，以便在卸料過程中分散一氧化碳。

碳化產生的焦油和煙霧雖然沒有直接毒性，但可能對呼吸系統產生長期破壞性影響。在可能的情況下，住宅區的位置應定位在盛行風地區，將燒炭作業產生的煙霧帶離住宅區，並且窯爐工廠不應靠近住宅區附近。

木焦油和焦木酸可能對皮膚有刺激作用，應注意避免與皮膚長時間接觸，應採取護理措施減少接觸的工作程序，透過防護服儘量減少直接的接觸。

焦油和焦木酸還會嚴重汙染溪流，並影響人類和動物的飲用水供應，魚類也可能受到不利影響。中大型木炭作業產生的液體流出物和廢水，應該收集在大型沉澱池中並讓其蒸發，以避免這些水進入當地的排水系統並污染溪流。窯爐通常不會產生液體廢水，其副產品大部分以蒸汽的形式分散到空氣中。在這種情況下，預防空氣污染的預防措施尤為重要。

## 碳化和生物柴油燃料

碳化在一項研究被用來創造一種新的催化作用，用於從乙醇和脂肪酸中生產生物柴油。催化作用是通過葡萄糖和蔗糖等一般食糖的碳化產生。將糖放在 400°C 的氮氣流下加工 15 小時，形成由多環芳香碳化合物組成的黑碳殘留物。然後用硫酸處理這種材料，用磺酸、羧基和羥基催化位點使材料功能化。

## 另見

* 焦炭
* 焦化
* 熱裂解

## 參考資料

## 外部連結

* Carbonization processes at Herculaneum site
碳化三鐵

**雪明碳鐵**又稱**滲碳體** （英語：Cementite 或 Iron carbide），化學式為 Fe3C，為具有正交晶系結構的間隙化合物。硬度很高，但脆性極大。在 230℃以下具有弱鐵磁性，而在 230℃以上則失去鐵磁性。不易受硝酸酒精溶液腐蝕，但受鹼性苦味酸鈉的腐蝕。主要由 FeO 與 CO 反應得到。

雪明碳鐵直接由白鑄鐵融化形成。在碳鋼中，它可由冷卻沃斯田鐵（Austenite）或回火（tempering）麻田散鐵（Martensite）中獲得。其與肥粒鐵（沃斯田鐵中另一組分）混合後形成具有層狀結構的波來鐵和變韌鐵。其中的較大薄片曾用來製造大馬士革鋼。

Fe3C，即**隕碳鐵礦**（cohenite），特別是在隕石中會發現混著鎳和鈷碳化物。這種形態，堅硬且有光澤的灰色無機化合物，首次由 E. Weinschenk 在 1889 年所描述。

## 參考文獻

## 外部連結

* 雪明碳鐵的晶體結構（劍橋大學） （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
碳化三镍

**碳化三鎳**是一種無機化合物，化學式為 Ni3C。它可由鎳和碳或甲烷反應製得：

　
: 3 Ni + C → Ni3C

　
: 3 Ni + CH4 → Ni3C + 2 H2

它是灰黑色粉末，可以穩定至 380~400 °C。它在室溫可以緩慢和鹽酸反應，但不會產生積碳。稀硝酸可以將其溶解，稀硫酸會使之積碳。它是三方晶系晶體，空間群 _R_3_c_，晶胞參數 a=458 pm, c=1299 pm。

## 參考文獻
碳化十五羰基五钌

**碳化十五羰基五釕**是一種有機釕化合物，化學式為 Ru5C(CO)15。它可由 Ru6C(CO)17 和一氧化碳在 70 °C、80 atm 反應製得。它可作為電子對的接受體參與反應，如和一分子或二分子乙腈形成加合物；和碘反應得到 Ru5C(CO)15I2；和三苯基膦反應得到 Ru5C(CO)15PPh3。它在庚烷中加壓、加熱分解，得到 Ru6C(CO)17。它可以活化甲醯基的 C-H 鍵。

## 參考文獻
碳化十五羰基五铁

**碳化十五羰基五鐵**是一種有機鐵化合物，化學式為 Fe5C(CO)15，最初於 1962 年由 Braye 等人以十二羰基三鐵為原料製得。

## 製備及反應

碳化十五羰基五鐵可由 (Bu4N)2Fe6C(CO)16 在正戊烷和濃硫酸反應得到。它在二氯甲烷中和 [Fe (CO)3(NO)]−反應，可以得到 [Fe5C(CO)13(NO)]−和 [Fe6C(CO)13(NO)2]2−。它和砷或鉍在甲苯中於 100 °C 反應，及和五氯化銻反應，可以得到 EFe3(CO)9CH（E=As, Bi 或 Sb）。

它在四氫呋喃中可以被 KC8 還原為 [Fe5(μ5-C)(CO)12(μ2-CO)2]2−。

## 參考文獻
碳化十五羰基五锇

**碳化十五羰基五鋨**是一種有機鋨化合物，化學式為 Os5C(CO)15，它與 Fe5C(CO)15 同構（但不同晶）。它可在十八羰基六鋨的熱分解反應中產生。它在回流條件下可以和醇（ROH）反應，生成 HOs5C(CO)14(CO2R)。

## 參考文獻
碳化合物

**碳化合物**是指化學結構中包含碳的化合物。有機化合物中碳的結合力很強，可以互相結合成碳鏈或碳環，因此有機化合物可以有許多的變化，已知的有機化合物可達四百六十餘萬種。無機化合物是所有不含碳的化合物及少數含碳的簡單化合物（碳元素、碳矽化物、碳的氧化物、碳酸及碳酸鹽、氰氣及其衍生物），無機化合物組成元素的種類很多，已知的無機化合物約有四十萬種。

## 參考文獻
碳化氢

**甲烷**（英語：Methane），是結構最簡單的烴類，化學式為 CH 
4，由一個碳原子以及四個氫原子組成。它是天然氣的主要成分。甲烷在地球上有很高的相對豐度，使之成為很有發展潛力的一種燃料，但在標準狀態下收集以及存儲氣態的甲烷是一個十分有挑戰性的課題。

在自然狀態下，甲烷可以在地底下或者海底找到，大氣中也含有甲烷，這些甲烷稱為大氣甲烷。在原始大氣中，甲烷是主要成分之一。自 1750 年以來，地球大氣中的甲烷濃度增加了約 150％，造成的全球暖化效應以及全球所有溫室氣體的 20％（不包括水蒸氣）。在太空中，不少星體的表面和大氣中也有甲烷。

甲烷的結構是由一個碳和四個氫原子透過 sp3 混成的方式化合而成，而且是所有烴類物質中，含碳量最小，且含氫量最大的碳氫化合物，因此甲烷分子的分子結構是一個正四面體的結構，碳大約位於該正四面體的幾何中心，氫位於其四個頂點，且四個碳氫鍵的鍵的鍵角相等、鍵長等長。標準狀態下的甲烷是一種無色無味的氣體。一些有機物在缺氧情況下分解時所產生的**沼氣**主要成分就是甲烷。

## 歷史

1776 年 11 月，義大利物理學家亞歷山卓・伏打（Alessandro Volta, 1745 年 2 月 18 日－1827 年 3 月 5 日）根據班傑明・富蘭克林（Benjamin Franklin 1706 年 1 月 17 日－1790 年 4 月 17 日）關於「可燃空氣」的論文，在瑞士的馬焦雷湖（Lago Maggiore）中發現了甲烷。伏打在沼澤中收集冒出來的甲烷，直到 1778 年成功分離出純的甲烷氣體，他還利用電火花裝置成功點燃甲烷氣體確定了甲烷的可燃性。

## 分子性質

甲烷分子是一種正四面體分子，有四個等價的碳氫鍵。其分子結構是由碳跟氫的價軌域重疊所形成的分子軌域構成，最低能量的分子軌域為的 2s 軌域上的碳與同相組合的 1s 軌域上的四個氫原子重疊的結果，而能量稍微高一點的由三個分子軌域重疊的結果，即氫原子的一個 s 軌域電子和三個碳原子的 p 軌域電子重疊形成一個 σ 軌域，更精確的說法是，發生混成而形成了 sp3 混成軌域。這種化合方式與實際觀測到的甲烷光譜吻合。

常溫常壓下的甲烷是一種無色無味的氣體。家用天然氣的特殊味道，是為了安全而添加的人工氣味，通常是使用甲硫醇或乙硫醇。在一大氣壓力的環境中，甲烷的沸點是−161 °C。甲烷是一種十分容易閃燃甚至會爆炸的氣體，只要空氣中甲烷含量在 4.4-17％的範圍內就很容易起火或爆炸。

目前已知有九種不同的固態甲烷晶體結構。若在常壓下將甲烷降至甲烷的冰點會形成甲烷一（英語：methane I）的晶體結構，這種晶體結構屬於立方晶系，空間群為 Fm3m。由於氫原子的位置在甲烷一晶格中是不固定的，即甲烷分子可以自由轉動。因此，它是一個可塑性晶體。

甲烷是天然氣的主要成分，約佔了 87%，液化的甲烷不會燃燒，除非在高壓的環境中（通常是 4～5 大氣壓力）。

### 可能對健康造成的影響

甲烷並非毒氣；然而，其具有高度的易燃性，和空氣混合時也可能造成爆炸。甲烷和氧化劑、鹵素或部份含鹵素之化合物接觸會有極為猛烈的反應。甲烷同時也是一種窒息氣體，在密閉空間內可能會取代氧氣。若氧氣被甲烷取代後含量低於 19.5% 時可能導致窒息。當有建築物位於垃圾掩埋場附近時，甲烷可能會滲透入建築物內部，讓建物內的居民暴露在高含量的甲烷之中。某些建築物在地下室設有特別的回復系統，會主動捕捉甲烷，並將之排出至建築物外。

## 來源

甲烷是天然氣的最主要成分，是很重要的燃料；同時也是溫室氣體：其全球變暖潛能為 21（即它的暖化能力比二氧化碳高二十一倍）。主要來源有：

* 有機廢物的分解
* 天然源頭（如沼澤）：23%
* 從化石燃料中提取：20%
* 動物（如牛）的消化過程：17%
* 稻田之中的細菌：12%
* 生物物質缺氧加熱或燃燒
* 牛隻打嗝

## 製取

實驗室常用醋酸鈉與鹼石灰共熱製取甲烷：

　
: CH3COONa + NaOH → CH4↑ + Na2CO3

## 化學反應

甲烷主要化學反應是：燃燒、蒸汽重整合成氣、以及鹵化反應。在一般情況下，甲烷的反應是很難控制。甲烷可以氧化成甲醇，但一般來說要完成這個化學反應時十分困難的，因為在一般情況下甲烷的氧化反應產物通常是二氧化碳與水，即使氧氣不足也很難產生甲醇。但是若在酵素的協助下就能輕易地完成此氧化反應，例如甲烷單加氧酶，但產量無法達到工業生產的規模。

### 反應性

由於甲烷中碳原子與氫原子間的化學鍵為較穩定的 σ 鍵，化學性質比較穩定，因此甲烷能參與的反應較其他有機物少。

### 燃燒

甲烷的燃燒熱約為 55.5 MJ/kg 。燃燒時產生明亮的藍色火焰。甲烷的燃燒是一個多步反應。下面的反應式是過程的一部分，與所述淨結果是：
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O (_ΔH_ = −891 k J/mol)

1. CH4+ M\* → CH3 + H + M
2. CH4 + O2 → CH3 + HO2
3. CH4 + HO2 → CH3 + 2 OH
4. CH4 + OH → CH3 + H2O
5. O2 + H → O + OH
6. CH4 + O → CH3 + OH
7. CH3 + O2 → CH2O + OH
8. CH2O + O → CHO + OH
9. CH2O + OH → CHO + H2O
10. CH2O + H → CHO + H2
11. CHO + O → CO + OH
12. CHO + OH → CO + H2O
13. CHO + H → CO + H2
14. H2 + O → H + OH
15. H2 + OH → H + H2O
16. CO + OH → CO2 + H
17. H + OH + M → H2O + M\*
18. H + H + M → H2 + M\*
19. H + O2 + M → HO2 + M\*

### 加熱分解

在隔絕空氣的條件下加熱到將近 1000℃，就開始分解；加熱時間較長，到 1500℃左右，分解接近完全。

　
: CH4 → C + 2H2↑

### 與鹵素的化學反應

當甲烷與氯在黑暗中混合時，兩者不會產生化學反應，如果把混合物加熱或以紫外光照射，以下反應（取代反應）會發生：

　
: CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl

　
: CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl

　
: CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl

　
: CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl

反應的機理屬於自由基取代，有鍵引發、鍵增長、鍵中止三步驟。

反應的產物含有此四種氯化甲烷，由上至下四種產物名稱分別為：一氯甲烷，二氯甲烷，三氯甲烷，四氯甲烷（四氯化碳），四者的比例視甲烷與氯的比例。
甲烷可與溴產生類似反應。甲烷與氟的反應十分猛烈，如果先用惰性氣體稀釋兩者才在特定的儀器內進行反應，也可得出類似反應。甲烷與碘不會直接產生反應，可以用溴化碘等代替進行碘化。

## 參見

* 甲基，由甲烷衍生出的官能基
* 產甲烷作用
* 可燃冰
* 相關碳化物：
  * 卡班（甲烷，英語：Carbane）
  * 卡賓（甲烯，英語：Carbene）
  * 卡拜（甲炔，英語：Carbyne）

## 參考文獻
碳化物

**碳化物**是碳與電負性比它低的或和它相近元素化合生成的化合物，在工業上有很多用途。碳化物一般按以下標準分類：

* 離子碳化物（鹽類碳化物）
* 共價碳化物
* 間隙碳化物
* 「中間型」過渡金屬碳化物，處於離子碳化物與間隙碳化物之間

此外，二元碳化合物還有：

* 石墨化合物
* 鹼土金屬富勒烯化合物
* 內生富勒烯，金屬原子位於富勒烯分子內
* 金屬 - 碳多面苯，含有 C2 單位的簇合物

## 例子

碳化物的例子有：

* 碳化鈣（CaC2）— 離子碳化物，俗稱「電石」，由氧化鈣與焦炭在電爐中反應製取
* 碳化矽（SiC）— 共價碳化物
* 碳化鎢（WC、W2C）— 超硬材料
* 碳化三鐵（Fe3C）— 鋼中的組分
* 碳化硼
* 碳化鉭
* 碳化鈦

其他參見 Category: 碳化物。

## 不同類型

### 離子碳化物

以下元素會生成離子碳化物：

* 第 1 族鹼金屬
* 第 2 族鹼土金屬
* 第 3 族 — 鈧、釔和鑭
* 第 11 族 — 銅、銀和金
* 第 12 族 — 鋅、鎘和汞
* 鋁
* 鑭系元素形成 MC2 和 M2C3 類型碳化物時
* 錒系元素形成 MC2 和 M2C3 類型碳化物時

大多數含有 C22−（乙炔衍生物）、C4−（甲烷衍生物）或 C34−（丙炔衍生物）離子。

C22−的例子如：Li2C2、Na2C2、CaC2、LaC2、UC2。

C4−化合物與質子反應生成甲烷：

　
: C4− + 4H+ → CH4

例子有：Be2C、Al4C3。

C34−的例子有 Li4C3、Mg2C3。該離子為直線型，與二氧化碳是等電子體。

### 共價碳化物

有碳化硼、碳化矽等，是硬度很高的晶體，可以用來制磨石、砂輪等。

### 間隙碳化物

除鉻外，所有 4,5,6 過渡金屬都會生成間隙碳化物。此類碳化物反應性不強，有類似金屬的性質，有些有化學計量範圍，如碳化鈦。碳化鈦和碳化鎢都是超硬材料。

一些間隙碳化物的結構列在下面：

## 參考資料
碳化硼

**碳化硼**（化學式 B4C）是一種極硬的陶瓷材料，用於坦克車的裝甲、避彈衣和很多工業應用品中。它的摩氏硬度為 9.3，並是繼金剛石、立方氮化硼、富勒烯化合物和鑽石整體纖管後的第五種已知最硬的物質。

它在 19 世紀作爲金屬硼化物研究的副產品被發現，直到 1930 年代才被科學地研究。碳化硼可由電爐中用碳還原三氧化二硼（B2O3）製得。

碳化硼可以吸收大量的中子而不會形成任何放射性同位素，因此它在核能發電場裡它是很理想的中子吸收劑，而中子吸收劑主要是控制核分裂的速率。碳化硼在核反應爐裡主要是做成控制棒，但有的時候會因為要增加表面積而把它製成粉末狀。

## 參考資料

 

## 外部連結

* 硼及其化合物資料頁
* 碳化硼 —NIST 資料庫 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
碳化鈮

**碳化鈮**（NbC 和 Nb2C）是一種十分堅硬的耐火陶瓷材料，在商業上用於切割工具的車刀。它通常會經燒結處理，頻繁當添加劑用作置換沉澱碳化物的晶粒長大抑制劑。它是有紫色光澤的棕灰色粉末。它耐腐蝕性良好。

## 合成

可以在 1800 °C 的真空裡將氧化鈮和焦炭共熱，製備碳化鈮。

## 性質及用途

碳化鈮的楊氏模量大約為 452 GPa，剪切模量為 182 GPa。它的泊松比為 0.227。

碳化鈮在奧氏體的溶度積是所有耐火金屬碳化物中的最低，所以它常用於微合金化鋼（microalloyed steel）。這意味著微米大小的碳化鈮沉澱物在加工過程中的所有溫度下幾乎都不可溶於鋼，而沉澱物在晶界的位置可以阻止它們在這些鋼裡過度晶粒生長。它們帶來了巨大的益處，是微合金化鋼的基礎，因為它們一致細小的晶粒度使之堅硬有力。自然生成的化合物中只有氮化鈦的溶解度更低，限制鋼的晶粒生長的能力更強。

碳化鈮在空氣中可以在 200-800 °C 燃燒，依晶粒度而定。一層碳化鈮可以經化學氣相沉積製造。碳化鋯和碳化鈮可以用作核反應爐的耐火塗層。

## 自然生成

自然生成的碳化鈮被視為一個極為罕見的礦物。

## 參考文獻
碳化鎢

**碳化鎢**是由鎢和碳組成的化合物，化學式為 WC，英文為 Tungsten Carbide，也常簡稱為 Carbide（實際上 carbide 是碳化物的統稱）。碳化鎢的硬度算是極高，莫氏硬度為 8.5～9，且熔點達到 2870°C，電阻亦低，常用作切削刀具材料（可切削不鏽鋼）、製造鑽頭、高硬度裝甲或穿甲彈彈芯，以及一些需要高硬度的運動器材零件和原子筆的筆尖圓珠等。可用於製作中子反射體。

## 注釋
碳化钙

**碳化鈣**（英文：Calcium carbide）是**電石**（又稱**電土**）的主要成分，異名**乙炔鈣**，化學式 CaC2，UN No.1402。電石是一種呈綠色或灰黑色的粉末或塊狀固體，帶有大蒜味，工業上常用電石與水混合製取乙炔氣體；亦被應用於冶煉工業，作為還原劑和脫硫劑。碳化鈣遇水易燃，如向其加入過量的水，會生成氫氧化鈣（Ca (OH)2）和乙炔（C2H2）。

　
: CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2

　
: CaC2 + H2O → CaO+C2H2

## 製法

電石可由生石灰（氧化鈣）與碳混合後在電爐中加熱至約 2000 °C 反應製得。

　
: CaO + 3C → CaC2 + CO

## 對人體健康危害

碳化鈣如直接與眼睛接觸，可能會引致流淚、結膜發紅等不適情況。亦有可能會導致眼睛表面輕微磨損。如吸入碳化鈣可引致劇烈咳嗽及鼻痛，對部份人會造成肺部損害；碳化鈣氣霧則可引致上呼吸道嚴重不適。如誤服可導致腸胃不適，亦可能會損害肝臟及腎臟等器官。如碳化鈣液體接觸到濕潤的皮膚，會刺激及灼傷皮膚。

## 生活應用

（1）電石與水反應生成的乙炔可以合成許多有機化合物例如：合成橡膠、 人造樹脂、丙酮、烯酮、炭黑等；同時乙炔一氧焰廣泛用於金屬的焊接和切割。

（2）加熱粉狀電石與氮氣時，反應生成氰氨化鈣，即石灰氮：
CaC2 + N2 → CaCN2 + C , ΔH = -296kJ/mol
石灰氮是製備氨基氰的重要原料。加熱石灰氮 與食鹽反應生成的熔體用於採金及有色金屬工業。

（3）電石本身可用於鋼鐵工業的脫硫劑。

（4）生產聚氯乙烯（PVC），電石法生產聚氯乙烯利用電石（碳化鈣 CaC2），遇水生成乙炔（C2H2），將乙炔與氯化氫（HCl）合成制出氯乙烯單體（CH2=CHCl），再通過聚合反應使氯乙烯生成聚氯乙烯 —[CH2—CHCl] n— 的化學反應方法。

（5）舊時礦工下礦，將電石放入鐵罐之中利用生成的乙炔（C2H2）製作成電石燈。

### 磺火捕魚

磺火捕魚又稱「蹦火仔」、「蹦魚」或「磺仔火捕魚」，在 1930~1940 年代的臺灣（金山、野柳、石門一帶）頗為盛行，主要利用電石（電土、電火石、磺石）加水產生乙炔氣體，一點火就會發出強光及響聲，再利用魚強烈之趨光性，吸引在海表層洄游之青鱗魚（青鱗仔，俗稱沙丁魚的一種）等魚群聚集，最後將火光漸漸熄滅引魚群進入網（叉手網或焚寄網）內。每年 5 月至 8 月是捕撈的青鱗魚的季節，這種「噴火船」捕魚法據說是全世界唯一，在臺灣已有 70、80 年的歷史，全盛時期有二十多艘，受到氣候、環境變遷（作業辛苦，收入也不固定，一年只能捕四個月，只能捕獲表層較低經濟價值的青麟魚及電石成本較高）的影響，造成磺火捕撈法慢慢失傳的原因，目前全臺僅剩四艘作業漁船（新北市的金山區磺港）。每日天黑至隔日凌晨 3～4 點，觀眾或攝影者不需要上船欣賞，從海岸邊便能觀看漁民引火誘魚再捕撈過程，尤其是成千上萬的魚群，隨著火光及點火「蹦」的一聲瞬間瘋狂衝出海面，場景更是壯觀且具視覺美感。

### 電石燈

電石燈，英文稱為 Carbide lamps 或 acetylene gas lamps，又稱為「電土燈」、「水火燈」、「瓦斯燈」，是一種利用碳化鈣與水産生乙炔來燃燒的燈具。在電燈未普及的年代，由於它不容易被強風吹熄所以經常被用在戶外場合，如夜間戶外照明、攜帶式鐵路號誌燈（合図灯）、燈塔、汽車和自行車頭燈等。

### 水果催熟

電石在接觸到水或潮濕的空氣時會產生乙炔。電石催熟，操作簡單，但其用量無法正確的掌握，因電石在催熟 48 小時以後仍然無法完全溶解，使用者大都只憑經驗使用，且果實在靠近電石的地方容易有灼傷的現象發生，甚至有發生爆炸的危險。

電石催熟的方法為將紙箱內層敷上水泥紙，後將電石以報紙包上置於紙箱之最下層，電石的用量約 200 公克配 20 公斤果實，再將硬熟的果實置於箱內後以水泥紙包紮密封，不可漏氣。紙箱之上方以棉被或布袋覆蓋，視品種之不同，經 48～72 小時後即可完成催熟的作業，催熟率可達 90% 以上。此種方法效果穩定，適用於小量果實之催熟處理。

如數量多時，可以透氣之塑膠籠盛裝硬熟果，地面墊上水泥柱或木材數支，其尺寸約 12×15 公分．長度不拘，將電石以報紙包紮置於兩支水泥柱之中問，後將盛裝的硬熟果籠置於柱上，高度三層籠高 (約 120 公分)，依序排列，四周以棉被或布袋或催熟專用之催熟被覆蓋，必須注意覆蓋得密不通風，但切忌使用不透氣的資材如塑膠布類覆蓋，以免妨礙水分之蒸發而影響催熟之效果，如此視品種及成熟度之不同，經 48～72 小時之催熟後即可達到轉色、軟熟而具有商品價值。

現在商業上已改為將水果放到冷藏庫，控制在 17 攝氏度的溫度，用食用酒精催熟，約 7 天後即變熟可出貨上市，此法較電土來得安全、低成本。因電石催熟法的危險性，印度等國家規定禁止用碳化鈣進行催熟，但是仍有人嘗試以此種方式進行水果催熟。

### 玩具砲

大爆炸加農砲（Big-Bang Cannon）是 20 世紀初（1912 年）美國上市的一種安全玩具大砲，目前仍在生產，它是利用碳化鈣與水化學反應出乙炔氣體產生猶如真實大砲的聲響。

## 參考

* 《綠十字》第十八卷，第一期，2008 年一月二月，第 31-32 頁（化學品安全資料簡表），香港職業安全健康局。

## 外部連結

* 電石燈示範影片 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 磺火捕魚影片 1 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 磺火捕魚影片 2 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 金山蹦火仔
* Official website of Conestoga Company Big-Bang Cannons 官網 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Short YouTube video of a Big-Bang Cannon being fired 示範影片 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* The Toy Cannon Museum 博物館 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
碳化钚

**碳化鈽**是多種化學計量的化合物的統稱，包括 PuC 和 Pu2C3 等。
它可以與碳化鈾一起用作核反應爐的核燃料。這種混合物也稱作鈾鈽碳化物（UPuC）。

## 參考資料
碳化钛

**碳化鈦**（TiC），是一種極其堅硬（莫氏硬度 9-9.5）的金屬碳化物。由於它具有硬度高，化學性質穩定（不溶於水，溶於硝酸）的優點，被用於製造金屬陶瓷，耐熱合金和硬質合金，還可作煉鋼工業的脫氧劑。

## 物理性質

碳化鈦的性質類似碳化鎢，能與之形成 TiC-WC 固溶體，能提高 WC-Co 系合金的耐熱性、耐磨性、抗氧化性、抗腐蝕性等性能。

它的彈性模量約為 400GPa，剪切模量約為 188GPa.

## 製備

與大多數金屬碳化物一樣，碳化鈦也是由碳與二氧化鈦在電弧爐中加熱製得。

## 參考資料
碳化钠

**乙炔鈉**，又稱**碳化鈉**，化學式 Na2C2，是鈉形成的碳化物之一。

## 製備

在 400 °C 至 600 °C 下，乙炔（C2H2）和鈉反應而成。

$$
{\ce {C2H2 + 2 Na -> Na2C2 + H2}}
$$

## 性質

乙炔鈉在 800 °C 下分解。與水劇烈反應，發生爆炸。

　
: ${\ce {Na2C2 + 2H2O -> 2NaOH + C2H2 ^}}$

它的 THF 溶液可以用作羰基化合物的還原劑。

　
: ${\ce {2[MnBr(CO)5] + Na2C2 -> [Mn2(CO)10] + 2NaBr + 2C}}$

## 參考資料
碳化钡

**碳化鋇**是鋇的一種碳化物，化學式 BaC 
2。除了 BaC2 以外，另一種碳化物 BaC6 也是已知的。

## 製備

碳化鋇可以由鋇和碳在 1300 °C 下直接反應而成。

它也可以由硫酸鋇、紅磷和碳反應而成。

## 性質

碳化鋇是一種灰色固體，遇水放出乙炔。

　
: $\mathrm {BaC_{2}+2\ H_{2}O\longrightarrow Ba(OH)_{2}+C_{2}H_{2}\uparrow } $

## 參考資料
碳化钽

**碳化鉭**是一類二元化合物，由鉭和碳組成，實驗式 TaCx，_x_ 一般在 0.4 到 1 之間。它們的硬度極大，脆，是耐火材料，具有金屬的電導率。它是一種棕灰色粉末，通常通過燒結處理。

作為重要的金屬陶瓷材料，碳化鉭在商業車刀中用於切削應用，有時會添加到碳化鎢合金中。

取決於純度和測量條件，碳化鉭的熔點在約 3880℃達到峰值。這個值是二元化合物里最高的。只有碳化鉭鉿的熔點可能略高，大約為 3942°C，而碳化鉿的熔點與 TaC 相當。

## 製備

TaCx 粉末是由鉭和石墨的粉末在真空或惰性氣體 (氬) 里使用爐子或電弧熔化裝置在約 2000℃的溫度下進行加熱。鉭和石墨的量決定了 _x_ 的值。另一種技術是在真空或氫氣氣氛中，在 1500–1700℃的溫度下通過碳進行五氧化二鉭的還原。該方法於 1876 年用於獲得碳化鉭，但它無法控制產物的化學計量。自蔓延高溫合成法也是已報導的直接從單質製備 TaC 的方法之一。

## 晶體結構

當 _x_ = 0.7–1.0 時，TaCx 有著立方結構 (岩鹽的結構) 。碳化鉭的晶格常數會隨著 _x_ 增長而增長。 TaC0.5 有兩種結構。較穩定的具有反碘化鎘型三角結構，該結構在加熱至約 2000℃時轉變為六方晶格，對碳原子來說已經沒有規律了。

在這個表中，_Z_ 是每單位的配位數，_ρ_ 是由晶格常數計算而來的密度。

## 性質

碳化鉭中鉭和碳原子之間的鍵是離子鍵，金屬鍵和共價鍵混合，是很複雜的鍵，並且由於強共價成分，這些碳化物是非常堅硬且易碎的材料。舉個例子，TaC 的顯微硬度為 1600-2000 kg/mm2 （〜9 Mohs）和 285 GPa 的彈性模量，而鉭的相應值為 110 kg/mm2 和 186 GPa。碳化鉭的硬度，屈服和剪切應力隨 TaCx 中碳含量的增加而增加。

碳化鉭無論是什麼大小和溫度都具有金屬導電性。TaC 可以在 10.35 K 以下轉變為超導體。

TaCx 的磁性能從 _x_≤0.9 的反磁性變為「 x」≥0.9 的順磁性。儘管 HfCx 具有與 TaCx 相同的晶體結構，但仍觀察到了相反的行為（磁性隨 _x_ 的增加而減少）。

## 應用

碳化鉭因其在熔點、硬度、彈性模量、導熱性、熱衝擊方面的優異物理性能而被廣泛用作超高溫陶瓷（UHTC）的燒結添加劑或高熵合金（HEA）的陶瓷增強材料抵抗力和化學穩定性，這使其成為航空航天工業中飛機和火箭的理想材料。

## 天然存在

鉭碳礦是碳化鉭的天然存在形式。它屬立方晶系，並且非常稀有。

## 參見

* 碳化鉿

## 參考資料
碳化钽铪

**Ta4HfC5**（Tantalum hafnium carbide）是一種鉭和鉿的混合碳化物，它是目前已知熔點最高的物質之一，熔點 4215 攝氏度（4488 開爾文）。

## 參見

* 碳化鉭、碳化鉿

## 參考資料