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碳的同位素

**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.
碳的同素異形體

**碳的同素異形體**指的是碳元素的同素異形體，即純碳元素所能構成的各種不同的分子結構。包括了：

* 不定形碳
* 碳奈米泡沫（1997 年發現）
* 碳奈米管
* 鑽石
* 富勒烯
* 石墨
* 藍絲黛爾石
* 蠟石（或稱作白碳）
* 石墨烯
* 聚合鑽石奈米棒
* 環碳

碳同素異形體系統橫跨完全極端且十分不同的範圍。

以鑽石及石墨為例：

另以不定形碳及碳奈米管為例：
碳的氮化物

**碳的氮化物**是由碳和氮組成的化合物。

## 共價晶體

* β- 氮化碳 - 一種固體，實驗式 β-C3N4，推測比鑽石還要硬。
* 石墨氮化碳 - 實驗式 g-C3N4，有著重要的催化性質。

## 氮代富勒烯

* 氮代富勒烯是一種雜環富勒烯，由氮原子替代部分碳原子而成。 氮代富勒烯的例子有 (C59N)2 (一氮代富勒烯基二聚體), C58N2 (二氮代 [60] 富勒烯), C57N3 (三氮代 [60] 富勒烯) 和 C48N12。

## 氰化富勒烯

* 氰化富勒烯是在富勒烯骨架上接著氰基而成。它們的通式為 C60(CN)2n，n 是 1 到 9 之間的自然數。

## 氰類

* 氰 - C2N2 (NCCN)
* 異氰 - C2N2 (CNCN)
* 二異氰 - C2N2 (CNNC)
* 聚氰 - 一種氰的聚合物，(NCCN)n
* 聚異氰 - 一種氰的聚合物，(CNCN)n

## 碳氰化合物

* 二氰乙炔 - C4N2 [C2(CN)2]，又稱低氮化碳
* 四氰乙烯 - C6N4 [C2(CN)4]
* 四氰甲烷 - C5N4 [C(CN)4]
* 六氰乙烷 - C8N6 [C2(CN)6]
* 六氰環丙烷 - C9N6 [C3(CN)6]
* 六氰丁二烯 - C10N6 [C4(CN)6]

## 二氰多炔

二氰多炔由碳原子鏈組成，該碳原子鏈具有交替的單鍵和三鍵，並被氮原子終止。

* 二氰丁二炔 (二氰雙乙炔)- C6N2
* 二氰己三炔 - C8N2
* C10N2
* C12N2
* C14N2
* C16N2
* C18N2
* C20N2
* C22N2

## 碳的疊氮化物

* 四疊氮甲烷 - CN12

## 全氰雜環化合物

* 五氰吡啶 - C10N6
* 四氰哌嗪 - C8N6
* 三氰三嗪 - C6N6
* 四氰 - 雙三嗪 - C10N10
* 二氰四嗪 - C4N6
* 六氰三咪唑 - C15N12
* 六氰六疊氮三亞苯 - C18N12

## 芳香全氰化合物

* 六氰苯 - C12N6
* 八氰萘 - C18N8
* 十氰蒽 - C24N10

## 其它化合物

* 偶氮二甲腈 - C2N4 [(NCN)2]
* 疊氮化氰 - CN4 [NC.N3]
* 1 - 二疊氮亞氨基 - 5 - 疊氮基四唑 - C2N14
* 三疊氮三嗪 - C3N12 [C3N3(N3)3]
* 三疊氮七嗪 - C6N16 [C6N7(N3)3]
* 二氰亞甲基 - 氰胺 - C4N4 [(CN).N.C(CN)2]
* 二氰二疊氮乙烯 - C4N8 [(N3)2.C.C(CN)2]
* 二氰重氮甲烷 - C3N4 [(CN)2.C.N2]
* 二氰卡賓 - C3N2
* 1,3,5 - 三疊氮 - 2,4,6 - 三氰苯 - C9N12 [C6(CN)3(N3)3]
* 三氰化氮 N (CN)3

## 陰離子

* 氰離子和異氰離子 - CN− 和 NC−
* 雙氰胺 - N (CN)2−
* 氰仿根 - C (CN)3−
* 五氰乙基 - C2(CN)5−
* 五氰丙烯基 - C3(CN)5−
* 2 - 二氰亞甲基 - 1,1,3,3 - 四氰基丙二胺 C10N62− [(C(C(CN)2)32−]
* 三氰甲醯亞胺陰離子 - C3N3(NCN)3]3−
* 瓜酸根 - C6N7(NCN)3]3−
* 氰化富勒烯陰離子 - C60(CN)n− (n 是奇數) 和 C60(CN)n2− (n 是偶數)
* 氰基多炔陰離子 - CnN− (n 是奇數)

## 參見

* 碳氧化物

## 參考資料
碳监测

作為溫室氣體監測的一部分，**碳監測**是指人們跟蹤某一特定活動在某一特定時間產生的二氧化碳或甲烷的數量。例如，碳監測可以跟蹤農業生產中的甲烷含量或燃燒化石燃料後產生的二氧化碳排放量。由於二氧化碳是排放量最大的溫室氣體，而甲烷也是一種溫室氣體，監測碳排放被認為是減少排放從而減緩氣候變化的關鍵舉措。

## 參考文獻
碳監測

作為溫室氣體監測的一部分，**碳監測**是指人們跟蹤某一特定活動在某一特定時間產生的二氧化碳或甲烷的數量。例如，碳監測可以跟蹤農業生產中的甲烷含量或燃燒化石燃料後產生的二氧化碳排放量。由於二氧化碳是排放量最大的溫室氣體，而甲烷也是一種溫室氣體，監測碳排放被認為是減少排放從而減緩氣候變化的關鍵舉措。

## 參考文獻
碳矽石

**天然莫桑石** (英文:moissanite) 於自然元素（Native Elements）中之化學式為 SiC（英文:carborundum）°1.3.8 Dana Group °1.3.8.1 碳矽石／莫桑石（Moissanite）-SiC 俗稱金剛砂，寶石名稱鑽髓，為矽與碳相鍵結而成的陶瓷狀化合物，碳化矽在大自然以莫桑石這種稀罕的礦物的形式存在。莫桑石和鑽石兩者都是在地核中在熱量和壓力下演化的天然礦物。 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） 天然莫桑石於地球上僅存在地核中，又因板塊擠壓，火山噴溢所形成之 火成岩與岩漿岩中。而天然開採到的碳化矽晶體或是尺寸和數量，是不足以似鑽石或各類寶石大量於市場上流通販售，因此現今市面上的莫桑石，基本上都是在實驗室中像合成鑽石一樣人工合成生產的。可是還是有高端人士、美國礦區甚至多處私人小規模礦區所有人擁有，並私下流通或國際拍賣會上競標流動著。也因「天然莫桑石在鑽體切割雷射後，與鑽石幾乎是相同等級等質」，但相反的，由實驗室人造之莫桑石就僅次於鑽石，更被稱為鑽石次替代物 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）。

**莫桑石**（英語：moissanite），也稱**莫桑鑽**、**魔星石**或**魔星鑽**，是天然碳化矽晶體的別稱，因 1893 年由法國化學家亨利・莫瓦桑（Henri Moissan，1852～1907）最先發現而得名，1893 年亨利・莫瓦桑在研究來自美國 - 亞利桑那州的代亞布羅峽谷隕石樣品時發現了罕有的在自然條件下存在的碳化矽礦石，將之命名為莫桑石。天然碳化矽在地球的自然界中其罕見，最常發現於超基性岩和隕石（比如鉀鎂煌斑岩和金伯利岩）中發現，雖然產量罕少但美國西岸開採到莫桑石又顯最多，另外在默奇森隕石中檢測到的異常碳矽同位素豐度比表明這些天然碳化矽有來自於太陽系以外漸近巨星支的富碳恆星。

碳化矽屬於超硬材料，硬度僅次於鑽石，但韌性、耐火性更佳，除了用於珠寶裝飾之外，其晶體和薄膜有許多工業用途。

## 用途

### 珠寶

打磨好的人造莫桑石外觀與用於珠寶的鑽石非常相似，重量亦相當接近，折射率（2.648～2.691）略高於鑽石（2.42），火彩色散度（0.104）卻超過鑽石（0.044）的兩倍，並且在各項指標上優於鋯立晶（二氧化鋯晶體），因此被認為是鑽石的良好替代選項。早於 1997 年，珠寶業就已經開始把莫桑石視為新興的鑽石替代品，主要由美國珠寶商詩思公司（Charles & Colvard）銷售（其專利於 2016 年到期），而寶石鑒定所會註明其寶石類別為（英文 :Synthetic Moissanite）合成莫桑石。

### 工業

除了作為裝飾珠寶以外，莫桑石因其高硬度（莫氏硬度為 9.25～9.5，略低於鑽石的 10），更優的抗沖擊強度（斷裂韌性 3～5 MPa⋅m1/2，相比之下鑽石只有 2.0 MPa⋅m1/2）和低成本可以作為工業金剛石的替代品用於高壓試測中。因為莫桑石的導熱性（導熱係數為 2.3～4.9 W/K⋅cm）遠低於鑽石（26 W/K⋅cm），也可以用於電子和熱能器材中，比如發動機的保護電路、執行器和蓄電系統。同時莫桑石還具有熱澤光性，因此在測量放射性劑量方面也有用途。此外，碳化矽金鋼砂也大量被用於工業研磨和切割、製造複合裝甲和單兵護甲中的防彈板、天文望遠鏡的鏡面材料、生成石墨烯的載體以及鐵路車輛的牽引變流裝置。

 
**交易市場**

天然莫桑鑽為封閉流通交易市場又因產量罕少所以實際市場交易價格相對比鑽石來的高但目前為止尚未有實際交易價格由封閉之交易市場流出。珍貴於鑽石之上天然莫桑鑽也因未有確切之價格所以交易時經常性得以鑽石規格價格為基準價且向上炒作以及加成後來產生交易價格，2016 年 Charles & Colvard 專利到期 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）。

## 參考文獻

## 延伸閱讀

* 碳矽石 - Mindat.org （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 碳矽石 - WebMineral （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 記者調查：莫桑石鑽戒成情侶最佳聖誕禮物
* 珠寶消費風頭正勁 莫桑石獨領風騷 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 閃耀進中國，莫桑石一鑽難求，唯鑽會解土豪需求
碳矽鹼鈣石

**碳矽鹼鈣石**（英語：Carletonite）是一種稀有的矽酸鹽礦物，化學式為 KNa4Ca4(CO3)4Si8O18(F,OH)·H2O。

它是一種頁矽酸鹽礦物，是魚眼石族的一員。它的四方晶系晶體呈半透明的藍色、白色、無色或粉紅色，具有玻璃到泥土光澤。它的密度為 2.45，硬度為 4-4.5。

它是由 G.Y Chao 發現，並以他就讀的學校渥太華卡爾頓大學命名。它於 1969 年首次在加拿大魁北克 Mont Saint-Hilaire 發現。在聖 - 伊萊爾山的模式產地是唯一被報導的產地。

它出現在霞石正長岩侵入體和附近的角岩與矽質大理石捕虜岩中。與石英、短柱石、方解石、螢石、碳鍶鈰石、輝鉬礦、淡鋇鈦石（leucosphenite）、矽鈉鈦礦、方鉛礦、鈉長石、針鈉鈣石、魚眼石、白針柱石、微斜長石和鈉鐵閃石伴生。

## 參考資料
碳硼烷

**碳硼烷**是由硼和碳形成的原子簇化合物。如同硼烷一般，碳硼烷的分子結構也是多面體，並依據構造同樣分類為 _closo-_（閉合式）、_nido-_（缺少一個頂點）、_arachno-_（缺少兩個頂點）、_hypho-_（缺少三個頂點）等等。

## 代表化合物

碳硼烷的一個特殊例子，為極端穩定的正二十面體閉合式碳硼烷。 而其中重要的例子為電中性的 C2B10H12，即**鄰 - 碳硼烷**（_o_-carborane），其在廣泛的應用領域如耐熱聚合物與醫學應用上均有所研究。由於此化合物符合休克爾規則，具有高度的芳香性，而且對熱相當穩定。鄰 - 碳硼烷在 420°C 轉變為間 - 碳硼烷，而苯需要加熱至 1000°C 以上才能發生結構重組。如同芳香烴一般，碳硼烷亦可發生親電芳香取代反應。

另一個重要的碳硼烷為帶負電的 CHB11H12−陰離子，被用來製備固態的超強酸。

## 二碳代十二硼烷

被研究最多的碳硼烷是 C2B10H12（熔點 320°C）。此化合物通常由乙炔與癸硼烷合成。此外，也可以丁炔二醇二乙酸酯作原料，使產生的 C2B10H10(O2CCH3)2 分解生成 C2B10H12。

### 歷史

1,2 - 閉合式 - 二碳代十二硼烷（即鄰 - 碳硼烷，通常直接稱為**碳硼烷**），是同時被 Olin Corporation 的團隊以及美國空軍旗下 Thiokol 化工廠的 Reaction Motors Division 所發現的，並發表於 1963 年。 同時蘇聯的一個團隊也發表了類似的成果。在此之前，癸硼烷衍生物被認為對熱不穩定，而且會與水和空氣反應，但這些團隊證實了 1,2 - 閉合式 - 二碳代十二硼烷空前的穩定性，並發表了一般性的合成方法，不破壞碳硼烷核心下取代基的轉化，以及鄰位至間位的異構化反應。

### 二碳代十一硼烷陰離子

化學家對二碳代十一硼烷根陰離子 [B9C2H11]2−做了許多研究。此陰離子與許多金屬離子形成夾心配合物，而且許多此類化合物當中，金屬離子呈現不尋常的氧化態。此離子呈巢型簇結構，可由母化合物二碳代十二硼烷分解產生：

　
: B10C2H12 + 3 CH3OH + KOH → KB9C2H12 + B(OCH3)3 + H2O + H2

### 碳硼炔

**碳硼炔**又稱 1,2 - 去氫 - 鄰 - 碳硼烷 (1,2-dehydro-o-carborane)，是鄰 - 碳硼烷的一種不穩定衍生物，其化學式為 B10C2H10。其與碳硼烷的差別，在於兩個相鄰碳原子上不具有氫。此化合物與苯炔相似並具有等瓣結構。 第一個碳硼炔化合物於 1990 年由碳硼烷製備而成。碳上的氫離子使用四氫呋喃中的正丁基鋰移除，而產生的雙陰離子鋰鹽再於 0°C 下與溴反應，生成溴化單陰離子。

　
:

將反應混合物加熱至 35°C 釋放出碳硼炔，並使用合適的二烯以狄爾斯 - 阿爾德反應捕捉：

　
:

亦可與呋喃和蒽（產生類似三螺烯的化合物）反應，收率為 10 至 25%。

碳硼炔亦可使用上述反應的修改方式與炔烴反應，產生**苯並碳硼烷**。 首先使用正丁基鋰移除碳硼烷上的質子，並與二氯 - 雙 (三苯膦) 鎳反應產生碳硼炔的鎳錯合物。此化合物再與 3 - 己炔反應，經由炔烴三聚反應產生苯並碳硼烷。

　
:

單晶 X 射線繞射分析顯示，此化合物苯環的鍵長有明顯的交替現象，顯示該化合物的苯環不具芳香性。

## 碳硼烷酸

碳硼烷酸 H (CHB11Cl11) 為一種超強酸，是最強的單一分子酸，酸性為硫酸的一百萬倍、氟磺酸的數百倍。

### 歷史

2004 年，加州大學河濱校區（UC Riverside）的 Chris Reed 團隊首先合成出碳硼烷酸。

### 特性

造成碳硼烷酸超強酸性的原因，是由於其共軛鹼 CHB11Cl11−非常穩定，而且具有高電負性的氯取代基，能有效分散負電荷。而外側的氯包覆碳硼烷核心，使碳硼烷酸根非常安定，不易與其他化學物質反應。

碳硼烷酸雖然酸性強，但不具強烈的腐蝕性與氧化性。混合酸如魔酸、氟銻酸酸性更強，但會生成氟離子造成副反應，而且產生的氫氟酸成分會腐蝕玻璃，造成使用上的困難。而且氟會攻擊富勒烯，故 H (CHB11Cl11) 成為已知唯一能質子化富勒烯但不會將其分解的酸，能與富勒烯形成 1：1 的鹽類。

## 參考資料及注釋

## 外部連結

* Reed 團隊
碳硼烷酸

**碳硼烷酸**（化學式：H (CHB11Cl11)，英語：Carborane acid） 為一種超強酸，是最強的單一分子酸，酸性為硫酸的一百萬倍、氟磺酸的數百倍。

## 歷史

2004 年，美國加州大學河濱校區（UC Riverside）的 Chris Reed 團隊首先合成出碳硼烷酸。

## 特性

造成碳硼烷酸超強酸性的原因，是由於其共軛鹼 CHB11Cl11−非常穩定，而且具有高電負性的氯取代基，能有效分散負電荷。而外側的氯包覆碳硼烷核心，使碳硼烷酸根非常安定，不易與其他化學物質反應。

氟化的碳硼烷酸，H (CHB11F11) 遠比氯化的碳硼烷酸的酸性強。它能夠質子化二氧化碳，形成橋接的 [H (CO2)2]+，使它的酸性變得更強。相比之下，CO2 被 HF-SbF5 或 HSO3F-SbF5 質子化的速率不可見。

碳硼烷酸雖然酸性強，但不具強烈的腐蝕性與氧化性。混合酸如魔酸、氟銻酸酸性更強，但會生成氟離子造成副反應，而且產生的氫氟酸成分會腐蝕玻璃，造成使用上的困難。而且氟會攻擊富勒烯，故 H (CHB11Cl11) 成為已知唯一能質子化富勒烯但不會將其分解的酸，能與富勒烯形成 1：1 的鹽類。

## 用處

碳硼烷酸有許多可能的應用。 例如，已經提出將它們用作碳氫化合物的裂化和 n - 烷烴的異構化以形成支鏈異烷烴（例如異辛烷）的催化劑。 碳硼烷酸也可用作精細化學合成的強選擇性布朗斯特質子酸，其中碳硼烷酸陰離子的低親核性可能是對反應有利的。 在機械有機化學中，它們可用於反應性陽離子中間體的研究。 在無機合成中，其極強的酸性可允許分離奇異物種，例如氙氫離子的鹽。 

## 參考資料及注釋

## 外部連結

* Reed 團隊
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
碳税

**碳稅**（英語：carbon tax）是針對某些造成二氧化碳排放的商品或服務，依照排放量來徵收的一種環境稅。

二氧化碳目前被廣泛認為是造成全球暖化的主要原因。碳稅的設置意圖即是透過稅收手段，抑制向大氣中排放過多的二氧化碳，從而減緩氣候變暖進程。碳稅在運輸和能源部門較常見。

大衛・戈登・威爾遜（David Gordon Wilson）於 1973 年首次提出碳稅。碳稅是碳定價的一種形式。碳稅可以對任何其他溫室氣體進行徵收，通常會將其換算成等同於二氧化碳排放的量。例如：排放 1 公斤的甲烷到大氣，約相當於 25 公斤的二氧化碳排放量。

燃燒化石燃料等碳氫化合物時，其碳會轉化為二氧化碳和其他碳化合物。排放到大氣後會導致全球變暖，從而損害環境和人類健康。這些外部性成本可以透過在產品週期中的任何時刻，對碳含量徵稅來減少。

研究指出，碳稅有效地減少了排放。許多經濟學家認為，碳稅是遏制氣候變化的最有效方法（成本最低）。許多國家和 100 多個城市已承諾到 2050 年實現碳中和。截至 2019 年，已經或計劃在 25 個國家實施碳稅，而 46 個國家透過碳稅或排放權交易計劃對碳進行了某種形式的價格定價。為了避免這些回歸稅帶來的負面影響，碳稅收入可以直接用於低收入群體，也可以透過稅收抵免在部分或所有消費者中分配。

## 背景

二氧化碳為一種溫室氣體（其他還有甲烷、一氧化二氮等），其排放主要來自人類活動。氣候變遷相關的科學證據指出，人類產生的溫室氣體，是造成全球暖化的主因，其中二氧化碳佔最大宗。每年人類活動在全球造成約 270 億噸的二氧化碳排放到大氣中。大氣中的二氧化碳，藉由輻射效應改變了地球大氣系統的能量平衡，進而造成暖化。

自從越來越多疑氣候變遷的相關科學證據被發現，國際上有許多條約和協議在規範各國溫室氣體的排放。在 2015 年的巴黎協定中，許多國家承諾在未來數十年內要減少溫室氣體的排放。

不同的溫室氣體具有不同的物理性質。全球暖化潛勢是國際公認的與其他溫室氣體當量的標度，單位為二氧化碳當量噸。

## 經濟理論

碳稅是一種污染稅。與傳統的法令和規範來明確限製或禁止每個污染者的排放不同，碳稅藉由市場機制來找出減少污染的最有效方法。碳稅是一種間接稅，與直接稅不同在於，後者是一種對收入徵稅的稅。碳稅訂定的是價格而不是排放限制。徵收碳稅除了能鼓勵節能外，還使低碳能源（例如：再生能源）更具市場競爭力。

在經濟學理論中，污染被認為是負面的外部性，對不直接參與交易的第三方產生負面影響，是一種市場失靈。為了解決這個問題，經濟學家亞瑟・塞西爾・皮古提議對作為外部性來源的商品（在本例中為碳氫燃料）徵稅以便準確地將商品成本反映給社會，從而內部化生產成本。

## 相關條目

* 溫室效應
* 碳信用
* 污染者自付原則
* 環境經濟學
* 校正負外部性的皮古稅

## 參考文獻

## 外部連結

* 澳洲工黨政府力排眾議擬徵碳稅
* 淨零排放與課碳稅成國際趨勢！碳費碳稅將無可避免 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
碳端

**C 端**（亦作 **C - 端**，英語：C-terminus），又稱**碳端**、**羧基端**，指多肽鏈具有遊離的 α 羧基的末端。在轉譯過程中，多肽鏈是從 N 端往 C 端合成的，因而在書寫多肽序列時，從 N 端開始書寫，從左到右寫到 C 端。

## 參見

* N 端

## 參考
碳節食

**碳節食**是指通過減少溫室氣體的產生，從而減少對氣候變化的影響。

個人和企業在進行開車、供暖以及對於產品和服務的消費等日常活動中產生了二氧化碳。為減少對於氣候變化的影響，我們可以通過施行碳節食減少碳的排放量。

在許多出版物中都出現了「碳節食」這一術語。

《戈爾：政治生涯》一書中曾引用這一術語：

《環球郵報》的德博拉・瓊斯（Deborah Jones）寫到：

這有別於低碳飲食。低碳飲食指通過選擇食物從而降低溫室氣體排放量。

## 碳節食的主要組成部分

碳節食類似於節食。進行碳節食首先要估定重量（根據二氧化碳的噸數計量）。然後確定合適的重量。

以下是碳節食步驟的概要：

* 計算碳足跡以得出二氧化碳排放總量
* 參照合適的對象（如同等規模的公司或個人，或國內平均水平）來計量碳足跡
* 確定合適的碳足跡
* 找出最重要的二氧化碳排放源
* 最先應對最嚴重的二氧化碳排放源從而減少二氧化碳排放量

## 參見

* 碳足跡
* 可持續性
* 綠色生活

## 參考資料
碳粉

**墨粉**或**碳粉**（toner）是雷射印表機或複印機上用於使紙張著色的物質，主要成分為碳、氧化鐵和樹脂。墨粉由大小約為 8-10 微米的顆粒組成。

## 參考文獻
碳粒式麥克風

**碳粒式麥克風**，有時稱作**紐扣式麥克風**或**碳粒式傳聲器**，是一種能將聲音轉化為電子信號的傳感器，由兩片分開的金屬薄片及其之間的碳粒組成。朝外的那塊金屬薄片作為傳導震動片。當聲音使薄片振動時，會使其改變對碳粒的壓力，會進一步改變兩薄片之間的**電阻** (擠壓碳粒使其更加緊密，因此壓力越大薄片間電阻越小)。當在兩金屬薄片之間施加直流電壓，變化的電壓會帶來電流的變化，這些變化可以通過電話系統傳輸，或在電子系統中將聲音轉化成電信號。

在 20 世紀 20 年代，真空管電子放大器開始廣泛應用之前，碳粒式麥克風是獲得高品質音頻信號的唯一實際的方法，被廣泛用於電話系統中。它的製造成本低，輸出信號強，以及良好的高頻輸出特性使其非常適用於電話系統，直到 20 世紀 80 年代，新安裝的電話仍然在使用碳粒式麥克風。在此之前，它們在其他應用領域早已被其他類型的麥克風取代（在絕大多數的西方銅線電話網絡中，舊式基於碳粒式麥克風的電話仍在使用未被淘汰）。
碳粒式麥克風曾被廣泛應用於早期的調幅無線廣播系統中 (一般為改進過的電話麥克風)，但由於它們有限的響應頻率，以及有較高的噪音，遂於 19 世紀 20 年代在該領域中被淘汰。接下來的數十年，它們繼續被廣泛應用於低端播音、軍事以及業餘無線電應用。

## 參考文獻
碳納米泡沫

**碳奈米泡沫**，碳元素的同素異形體之一，1997 年由澳大利亞國立大學的 Andrei V. Rode 及其合作者發現。

碳奈米泡沫呈蛛網狀，具有分形結構，有鐵磁性。泡沫由許多原子團簇構成，每個含有約 4000 個碳原子，直徑約 6 到 9 奈米；其中很多原子團連在一起，形成了纖細的網。在碳奈米泡沫中，有許多七邊形的結構。研究者認為，七邊形的結構造是它有很多未成對的電子的原因；泡沫也因此而具有了磁性，這是其他任何一種碳的同素異形體所沒有的特性。研究者還發現，在低於 - 183℃時，泡沫還具有永久磁性，但這種磁性在室溫下卻會慢慢消失。

碳奈米泡沫的密度很低，與碳氣凝膠很相似，但密度是它的百分之一；它是目前世上最輕的物質之一，密度約為 2–10 mg/cm3，僅是海平面上空氣密度的幾倍。

這種泡沫還是電的不良導體，可以積聚靜電而吸附在其他物質上；它的熱傳導性也很差。

它的製備方法為，在充滿氬氣的容器中放入玻璃形狀的碳，用每秒一萬次的雷射脈衝轟擊，使其溫度驟升到大約 1 萬攝氏度並爆炸，在容器壁上即可獲得一層碳奈米泡沫構成的薄膜。

由於奈米泡沫具有的鐵磁性，將來有可能把它們的顆粒注射入人體，用來改善磁共振成像的清晰程度。它們也可能被應用到利用電子自旋或電子磁性的自旋器件中。

## 參考文獻

## 擴展閱讀
碳素工具钢

**碳素工具鋼**，簡稱**碳工鋼**，指碳含量在 0.7~1.3% 的優質高碳鋼。主要用於製造各種刀具、量具、模具。碳素工具鋼的性能取決於碳含量，也與冶鍛工藝有關。碳素工具鋼在退火狀態下的硬度，隨碳含量的增加而升高。碳素工具鋼不含合金元素，價格較低。

## 種類

按中國國家標準 GB 1298-86，碳素工具鋼有 T7〜T13 八個鋼號，後面的數值表示含碳量的千分之幾。

## 用途

* 鉗工、五金工具。如手工鋸條、銼刀、金屬剪切刀、鉸刀、絲錐、板牙、鑿子、擴孔鑽、離刻刀具等。
* 木工工具。如刨刀、鑿子、鋸條、車刀等。
* 模具。形狀簡單的冷作模具，如冷卻剪刀、拉絲模、切邊模、搓絲板、螺紋滾模，滾邊模等。
* 量具。精密度不很高的量規、卡規和樣板等。
* 高硬度和耐磨零件。
碳素循环

**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
碳素鋼

**碳鋼**（carbon steel）是一類含碳量介於 0.02%~2% 之間（高於 2% 的被稱為鑄鐵，低於 0.02% 被稱熟鐵），而極少其他元素的鋼材，也是產量最高的金屬材料，相對有較高其他成分 (不包括雜質) 的鋼稱合金鋼 。

它通常使用在需要強度、硬度和耐磨性的金屬零件上，如切削工具、鋼纜、鋼琴線、彈簧和刀具等，在加工形成後，零件通常需要再經過處理並回火。鋼含碳量越高，其加熱處理後的硬度、強度和耐磨性也就越高。
碳鋼分為高碳鋼、中碳鋼和低碳鋼，這三種碳鋼又各分為兩種；依照特性，高碳鋼質硬且脆、低碳鋼質軟且耐延展。

## 種類

### 高碳鋼

含碳量 0.6％~2％稱為高碳鋼。

高碳鋼是指回火時間較長、含碳量高的鋼材，主用途為一般軸承、刀具、鐵軌、鋼框模（用以將鋼材塑型）和鋼門等。

可分為：

* **超高含碳高碳鋼**

　
: 比高碳鋼回火時間略久的鋼材，主用途為一般建築用鋼磚。

* **低高碳鋼**

　
: 比高碳鋼回火時間略短 (不是中碳鋼) 的鋼材，主要用來製造金屬管。

### 中碳鋼

含碳量 0.3％~0.6％稱為中碳鋼。

中碳鋼是指回火時間較高碳鋼為短、含碳量適中，性質介於高碳鋼與低碳鋼之間的鋼材，主用途是製造不鏽鋼。

可分為：

* **高含碳中碳鋼**

　
: 主用途是製造一般機械外殼等需高壓耐磨的母材。

* **低含碳中碳鋼**

　
: 主用途為鑄造不鏽鋼。

### 低碳鋼

含碳量 0.02％~0.3％稱為低碳鋼。

低碳鋼是回火時間短之碳鋼，質軟、耐衝壓及可延展，主用途為製造鋼筋、耐衝壓機件、特殊鋼材等。

可分為：

* **普通低碳鋼**

主用途為製造鋼筋、鑄材、建築用鋼材、鋼板等。

* **超低低碳鋼**

主用途為耐衝壓機件、飛機鋼構等。

## 參考資料
碳縣_(蒙大拿州)

**卡本縣**（英語：Carbon County）是美國蒙大拿州南部的一個縣，南鄰懷俄明州。面積 5,341 平方公里。根據美國 2000 年人口普查，共有人口 9,552。縣治紅客棧市（Red Lodge）。

成立於 1895 年 5 月 4 日。縣名是英語碳的意思，指的是當地的煤礦。
碳纖維

**碳纖維**（英語：Carbon fiber），是一種高強度和模量的耐高溫纖維，為化纖的高端品種。它主要由碳原子構成，直徑約 5-10 微米。為了產生碳纖維，碳原子在晶體中被鍵合在一起，平行排列的纖維長軸給予碳纖維相當高的強度 - 體積比。幾千條碳纖維集束在一起形成一個纖維束，可以單獨使用或被編織成織物。

碳纖維的特性，如高硬度，高強度，重量輕，高耐化學性，耐高溫和低的熱膨脹，使其在航天工程、土木工程，軍事，賽車與其他競技體育運動製品很受歡迎。然而，相對於類似的纖維，例如玻璃纖維或塑料纖維，碳纖維是相當昂貴的。

碳纖維通常與其他材料結合以形成複合材料。當混合塑料樹脂並纏繞或模塑後具有非常高的強度 - 重量比的碳纖維強化聚合物（通常也被稱為碳纖維）。然而，碳纖維也會與其它如石墨的材料複合，以形成耐高溫的碳 - 碳複合材料。

## 結構與特性

每一根碳纖維由數千條更微小的碳纖維所組成，直徑大約 5 至 8 微米，幾乎全部由碳構成。
最早的一代（如 T300，HTA 和 AS4）有 16-22 微米直徑。
新研發的碳纖維（如 IM6 或 IM600）的直徑大約有 5 微米。

在原子層面，碳纖維跟石墨很相近，是由一層層以六邊形模式（石墨烯薄片）排列的碳原子所構成。兩者差別在於層與層之間的連結的方式。石墨是晶體結構，它的層間連結鬆散，而碳纖維不是晶體結構，層間連結是不規則的。這樣便防止滑移，增強物質強度。

一般碳纖維的密度為 1750 kg/m3。導熱能力高但傳電能力低，碳纖維的比熱容亦比銅低。當加熱的時候，碳纖維會變厚而短。雖然碳纖維的天然顏色是黑色，但可以把它染上不同的顏色。

## 應用

2012 年，碳纖維複合材料的全球需求價值大約為 103 億至 140 億美元。預計 2012 年到 2018 年，年增長率約為 10% 至 12%。強勁的需求來自於飛機和航空航天，風力發電，以及來自自行車及汽車行業。

因為碳纖維又輕又堅硬，所以它的用途很廣泛。

### 複合材料

用碳纖維製造的增強塑料質地強而輕，耐高溫、防輻射、耐水、耐腐蝕，是製造飛行器、兵器及耐腐蝕設備等的優良材料。碳纖維製品的缺點是難以自然分解，大量棄置會造成環境問題。近年來碳纖維更是廣泛被使用於大型飛機，例如空中巴士的 A350 與 A380，波音 787 均利用碳纖維複合材料來減輕耗油量。另外大型風力發電機的葉片，賽車、汽機車的車身均為碳纖維複合材料需求量增加的重要因素。

腳踏車亦有使用碳纖維複合材料作為車架，但因碳纖維複合材料製造成本高，多為高階車種才能使用。

### 紡織品

碳纖維的前體是聚丙烯腈（PAN）， 人造纖維和瀝青。碳纖維長絲紗被用於多個處理技術 —— 直接的用途是用於預浸漬，長絲卷繞，拉擠，紡織，編織等。

### 微電極

碳纖維用於碳纖維微電極的製作。在此應用中通常與 5-7 微米直徑的單個碳纖維被密封在玻璃毛細管。在毛細管的尖端或者用環氧樹脂密封並拋光製作成為碳纖維圓盤微電極，或纖維被切割成長度為 75-150 微米，製作成為碳纖維圓柱電極。碳纖維微電極使用，也可以在安培檢測法或快速掃描循環伏安法檢測生物化學信號。

### 生醫產業

碳纖維經過活化之後，成為「活性碳纖維」。此種活性碳纖維具有大量的微孔，形成奈米空間，擁有極大的比表面積。具有吸附及脫附的能力，最常見的產品即是生活上所用的口罩。此種材料也被用在各種過濾器或水質淨化器中。

## 製造工藝

一般用聚丙烯腈（PAN）、嫘縈、粘膠纖維等聚合物原料，先在 200－300℃的空氣中進行預氧化，繼在氬氣等惰性氣體保護下，用約 1700℃的高溫完成驅除非碳原子的過程（碳化），最後加熱到 2600－3000℃成碳纖維。碳纖維的長絲可能被進一步處理以提高品質，然後卷繞到筒管。

## 參見

* 碳纖維強化聚合物
* 陶瓷基複合材料
* 碳奈米管

## 參考文獻

## 外部連結

* Working with Carbon fiber for Robotics and R/C Aircraft （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Carbon Fiber in Formula One
* The Chemistry of Carbon Fiber （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Making Carbon Fiber （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Carbon Fiber Examples
* Luis and Clark Carbon Fiber Musical Instruments （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Carbon Fiber Musical Instruments XOX Audio Tools （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Carbon Fiber Rollers chiyo technique
碳纖維增強複合型聚合物

**碳纖維強化聚合物**（英語：carbon fiber reinforced polymer），又稱為**碳纖維強化塑膠**（carbon fiber reinforced plastic）或**碳纖維強化熱塑性塑膠**（carbon fiber reinforced thermoplastic）等，常簡稱為 **CFRP**、**CRP**、**CFRTP** 等，是一種含有碳纖維的纖維強化塑膠，其特性為強度高且質量輕。雖然碳纖維強化聚合物製造昂貴，但被廣泛應用於比強度和剛性需求高的產業中，如航空、汽車、土木工程、運動器材等等。
或現在有個別公司考慮以其物料代替現時玻璃車窗

聚合物基質一般採用熱固性樹脂（如環氧樹脂），但其他熱固性或熱塑性聚合物（如聚酯、乙烯基酯或尼龍等）也時常被應用。除碳纖維外，複合材料可能含有芳香聚醯胺（如克維拉或特瓦倫等）、金屬鋁、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）或玻璃纖維等。碳纖維強化聚合物的最終產品性能可能受到基質（樹脂）添加劑種類的影響，而最常見的添加劑是二氧化矽，而其他種類的添加劑如橡膠或碳奈米管等也被使用。

## 性質

碳纖維強化聚合物是一種複合材料，由基質和強化材等兩部分組成。其中，碳纖維是強化材，提供複合材料的機械強度；而基質則通常是聚合物樹脂（如環氧樹脂），用於黏合強化材。因此，碳纖維強化聚合物的材料性質由基質和強化材共同決定。強化材賦予其強度與剛度；分別通過應力和彈性模量來測量。與鋼鐵或鋁金屬等等向性材料不同，其強度性質具有方向性。碳纖維強化聚合物的性能取決於碳纖維的佈局和碳纖維相對於聚合物的比例。

## 製造

把碳纖維逐層鋪上（每層鋪上後要加上聚合物樹脂如環氧樹脂）模具，然後壓製成型。

## 應用

碳纖維強化聚合物應用廣泛如：公路自行車，航空工業以及汽車製造業

## 參見

* 碳纖維
* 碳奈米管
* 纖維強化塑膠

## 參考資料

## 外部連結

* Japan Carbon Fiber Manufacturers Association (English) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Engineers design composite bracing system for injured Hokie running back Cedric Humes
* The New Steel （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） a 1968 _Flight_ article on the announcement of carbon fiber
* Carbon Fibres – the First Five Years （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） A 1971 _Flight_ article on carbon fiber in the aviation field
碳纤维

**碳纖維**（英語：Carbon fiber），是一種高強度和模量的耐高溫纖維，為化纖的高端品種。它主要由碳原子構成，直徑約 5-10 微米。為了產生碳纖維，碳原子在晶體中被鍵合在一起，平行排列的纖維長軸給予碳纖維相當高的強度 - 體積比。幾千條碳纖維集束在一起形成一個纖維束，可以單獨使用或被編織成織物。

碳纖維的特性，如高硬度，高強度，重量輕，高耐化學性，耐高溫和低的熱膨脹，使其在航天工程、土木工程，軍事，賽車與其他競技體育運動製品很受歡迎。然而，相對於類似的纖維，例如玻璃纖維或塑料纖維，碳纖維是相當昂貴的。

碳纖維通常與其他材料結合以形成複合材料。當混合塑料樹脂並纏繞或模塑後具有非常高的強度 - 重量比的碳纖維強化聚合物（通常也被稱為碳纖維）。然而，碳纖維也會與其它如石墨的材料複合，以形成耐高溫的碳 - 碳複合材料。

## 結構與特性

每一根碳纖維由數千條更微小的碳纖維所組成，直徑大約 5 至 8 微米，幾乎全部由碳構成。
最早的一代（如 T300，HTA 和 AS4）有 16-22 微米直徑。
新研發的碳纖維（如 IM6 或 IM600）的直徑大約有 5 微米。

在原子層面，碳纖維跟石墨很相近，是由一層層以六邊形模式（石墨烯薄片）排列的碳原子所構成。兩者差別在於層與層之間的連結的方式。石墨是晶體結構，它的層間連結鬆散，而碳纖維不是晶體結構，層間連結是不規則的。這樣便防止滑移，增強物質強度。

一般碳纖維的密度為 1750 kg/m3。導熱能力高但傳電能力低，碳纖維的比熱容亦比銅低。當加熱的時候，碳纖維會變厚而短。雖然碳纖維的天然顏色是黑色，但可以把它染上不同的顏色。

## 應用

2012 年，碳纖維複合材料的全球需求價值大約為 103 億至 140 億美元。預計 2012 年到 2018 年，年增長率約為 10% 至 12%。強勁的需求來自於飛機和航空航天，風力發電，以及來自自行車及汽車行業。

因為碳纖維又輕又堅硬，所以它的用途很廣泛。

### 複合材料

用碳纖維製造的增強塑料質地強而輕，耐高溫、防輻射、耐水、耐腐蝕，是製造飛行器、兵器及耐腐蝕設備等的優良材料。碳纖維製品的缺點是難以自然分解，大量棄置會造成環境問題。近年來碳纖維更是廣泛被使用於大型飛機，例如空中巴士的 A350 與 A380，波音 787 均利用碳纖維複合材料來減輕耗油量。另外大型風力發電機的葉片，賽車、汽機車的車身均為碳纖維複合材料需求量增加的重要因素。

腳踏車亦有使用碳纖維複合材料作為車架，但因碳纖維複合材料製造成本高，多為高階車種才能使用。

### 紡織品

碳纖維的前體是聚丙烯腈（PAN）， 人造纖維和瀝青。碳纖維長絲紗被用於多個處理技術 —— 直接的用途是用於預浸漬，長絲卷繞，拉擠，紡織，編織等。

### 微電極

碳纖維用於碳纖維微電極的製作。在此應用中通常與 5-7 微米直徑的單個碳纖維被密封在玻璃毛細管。在毛細管的尖端或者用環氧樹脂密封並拋光製作成為碳纖維圓盤微電極，或纖維被切割成長度為 75-150 微米，製作成為碳纖維圓柱電極。碳纖維微電極使用，也可以在安培檢測法或快速掃描循環伏安法檢測生物化學信號。

### 生醫產業

碳纖維經過活化之後，成為「活性碳纖維」。此種活性碳纖維具有大量的微孔，形成奈米空間，擁有極大的比表面積。具有吸附及脫附的能力，最常見的產品即是生活上所用的口罩。此種材料也被用在各種過濾器或水質淨化器中。

## 製造工藝

一般用聚丙烯腈（PAN）、嫘縈、粘膠纖維等聚合物原料，先在 200－300℃的空氣中進行預氧化，繼在氬氣等惰性氣體保護下，用約 1700℃的高溫完成驅除非碳原子的過程（碳化），最後加熱到 2600－3000℃成碳纖維。碳纖維的長絲可能被進一步處理以提高品質，然後卷繞到筒管。

## 參見

* 碳纖維強化聚合物
* 陶瓷基複合材料
* 碳奈米管

## 參考文獻

## 外部連結

* Working with Carbon fiber for Robotics and R/C Aircraft （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Carbon Fiber in Formula One
* The Chemistry of Carbon Fiber （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Making Carbon Fiber （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Carbon Fiber Examples
* Luis and Clark Carbon Fiber Musical Instruments （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Carbon Fiber Musical Instruments XOX Audio Tools （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Carbon Fiber Rollers chiyo technique
碳纳米管黑体

**奈米碳管黑體**（Vantablack）是目前已知最黑的物質之一，由垂直排列生成的奈米碳管組成，常溫下本體不發射可見光，而且吸收最高達 99.965% 的可見光波段電磁輻射。因為當光線入射奈米碳管黑體時幾乎不會反射出去，而是會侷限於管壁之中不斷偏折，直到最後轉換成熱能為止。

## 命名來源

由「垂直排列之奈米碳管陣列」的英文 **V**ertically **A**ligned **N**ano**T**ube **A**rrays 的字母縮寫排列而成，後面再接英文的「黑」black，形成 Vantablack，中文結合音意譯為「梵塔黑」。此名稱被英國的 Surrey NanoSystems 有限公司作為該材料的商標。

## 應用

這物質有許多潛在的應用，包括防止雜散光進入望遠鏡，改良地球上和太空中的紅外線照相機的影像表現。

薩里奈米系統公司首席技術長班兼森表示：

> 比如說，它可以減少雜散光，改進敏銳的望遠鏡看見最暗星的可行性... 它的極低反射率改良了地面、太空以及空中儀器的解析度。
> 
> 

奈米碳管黑體同時增加了聚光太陽能熱發電的熱吸收率，以及軍事應裡的熱迷彩。

這物質同時也被藝術家 Anish Kapoor 使用。他表示，「他就像顏料一樣有用... 想像一下一個如此黑的空間，以致於當你漫步於其中時你無法感受你的位置、你的身分、特別是無從得知時間，你完全失去了這些感覺。」

然而這種黑色會徹底破壞衣服的特性。

## 參考資料

## 外部連結

* Article with images of vantablack-coated aluminium foil（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
碳纸

**碳式複寫紙**（Carbon paper）是壓敏複寫紙的一種，是一種一面塗有乾墨水或者其他顏料的紙，通常使用蠟封。當人們通過手寫或者打字機製作原件的同時，它被用來複製副本。

## 使用方法

將碳紙放在原件的下面，同時在碳紙下方放上另外一張紙（通常薄一些）。當人們足夠用力的在上層紙張上寫字時，碳紙的顏色將會因壓力而轉到下層紙上。同樣的方式也適用於使用機械鍵盤或者球形列印頭的打字機。一次複製多個副本也是可以的，每多一層碳紙和白紙就會多複製一個副本，直到壓力不足無法將顏色傳到白紙上。

## 歷史

現在不知道誰是碳紙的發明者，但是在 1806 年 7 月 10 日一個叫做 Ralph Wedgwood 的英國人所獲得的「stylographic writer」的專利文件最早提到了碳紙這個詞。 

## 用途

最早的用途是人們是用來複製書信的副本，但是隨著影印機發明，它被人們越來越少使用，只有在餐館點菜，開寫罰單，部分公司以普通紙張複寫等少數情況下還在使用。另外如今碳紙在燃料電池領域得到了廣泛的使用，它被用來當做質子交換膜來使用。人們在使用電子郵件還能見到抄送的英文 CC，即 Carbon Copy 的縮寫。

## 參考資料
碳聚变

**碳聚變**過程是一種核融合反應，發生在質量較重的恆星（誕生時至少 4 MSun 以上）耗盡了核心內較輕的元素之後。它需要高溫（6×108 K）和高密度（大約 2×108 kg/m3），主要過程是：

　
:

另一類為：

　
:

在氦的聚變停止後，碳聚變開始。當氦融合時，恆星建立起一個富含碳和氧的惰性核心，一旦氦的密度降低至無法繼續聚變的水平時，核心便會因為重力而塌縮。體積的縮小造成核心的溫度和壓力上昇至碳聚變的臨界溫度，這也會使圍繞著核心周圍的溫度上昇，使氦在鄰接核心的殼層內繼續聚變。於是恆星的體積增加，膨脹成為紅超巨星。

當碳聚變時，產物（氧、氖、鎂）堆積成新的惰性核。在一段時間之後（或許～一千年）碳的相對豐度將會降低至不能持續的程度，於是核心溫度開始下降並再次收縮。收縮會加熱核心使得氖開始融合反應（參見氖融合）。圍繞著核心的碳殼層也會繼續聚變，而在更外面還有氦殼層和氫殼層在聚變。

在這個階段點上，質量在 4-8 倍太陽質量的恆星，變得不穩定並以巨大的恆星風將外面的殼層拋出，留下的就是以氧 - 氖 - 鎂核心的白矮星。

質量更大的恆星將繼續氖融合，但是從此刻起的演變是很快的，外殼通常來不及反應出變化。
碳行星

**碳行星**（Carbon planet），又稱為**鑽石行星**或**碳化物行星**，是 Marc Kuchner 在恆星理論中提出來假設的行星類型，它們形成於富含碳但缺乏氧的原行星盤，根據行星科學，它們的發展將不同於地球、火星和金星等這些以矽 - 氧化合物為主要成分的行星。這個理論已有廣大的支持者，並由研究員 Jade Bond 建立合理的概念。具體來說，不同的系統會有不同的碳和氧的比率，而太陽系的類地行星是傾向於_氧行星_。

## 定義

這樣的一顆行星可能像類地行星一樣，有富含鐵或鋼的核心，周圍包覆著碳化矽和碳化鈦的地函。在上面，是一層石墨形式的碳，如果有足夠的壓力，下層也可能是數公里厚的鑽石。當火山爆發時，鑽石很可能從內部噴發至表面，形成鑽石和碳化矽混合的山。表面也可能有冰凍或液體的烴，像是焦油、甲烷和一氧化碳。BPM 37093、WASP-12b、PSR J1719-1438 b 及巨蟹座 55e 等可能是此一類型的星球。

## 特性

碳行星被預測其直徑和矽與水的行星相似，而且質量也相近，可能會使它們難以區分。也可能會出現與地球類似的地質特徵，但是距有不同的組成。例如，河流可能是油組成的。如果溫度夠低（低於 350K），氣體可以進行光化學合成長鏈碳氫化合物，並隨著雨水降落在表面。

NASA 曾推動搜尋包括這種行星在內的 TPF 任務，這是一個比哈伯太空望遠鏡更大的軌道天文台，但其後取消了這項計畫。碳行星的光譜缺乏水的譜線，但是會顯示有含碳的物質，例如一氧化碳的存在。

## 可能的行星

2005 年的情人節前夕，美國哈佛－史密森天體物理中心的麥特考夫、英國劍橋大學的蒙哥馬利、巴西聖卡塔琳娜聯邦大學的卡南宣布發現白矮星 BPM 37093。當時麥特考夫開玩笑說：「就算是比爾・蓋茲加上唐納德・川普的財力，也買不起。」十年來，天文學家一直認為白矮星隨著溫度降低，其核心會結晶化，但確實證據始終難以觀測。麥特考夫則是從 BPM 37093 脈動振盪著手，推算出它的核心確已結晶。

2010 年 5 月 20 日，哈伯太空望遠鏡注意到 WASP-12b 正在被母恆星 WASP-12 吞噬，儘管之前科學家已經意識到行星會被母恆星吞噬，但這是第一次如此清晰的發現這種事情。WASP-12 是一顆氣態巨行星。至於 WASP-12 b 在碳元素與氧元素的含量比例大於 1，這意味著該星球的固體內核很可能也富含碳元素，組成可能以石墨或鑽石為主，相對於地球的矽酸鹽成分。

2011 年 8 月，澳大利亞斯威本科技大學的 Matthew Bailes 和其團隊的專家報告，毫秒脈衝星 PSR J1719-1438 可能有一顆被擠壓得非常小的行星 PSR J1719-1438 b 做伴，並且很有可能是一顆固體的大鑽石，他們是依據重力牽引推導出這顆圍繞著脈衝星的小伴侶。進一步的研究顯示，雖然這顆行星很小（直徑 6 萬公里，或是地球的 5 倍），但它的質量比木星略大，行星的高密度提供給團隊的線索是碳和氧可能以元素的形態形成結晶。然而，理論上這顆行星應該是被蒸發掉外層的白矮星兼伴星，只留下了內部核心的殘骸，由此依據行星的定義，它並未完全符合條件，因為其應該是作為恆星而形成的。

2012 年 10 月，巨蟹座 55e 被宣告有著碳行星的證據。它的質量是地球的 8 倍，半徑是地球的 2 倍。耶魯大學的研究員 Nikku Madhusudan 發表在天體物理快訊上的結果報告說：行星的溫度是溫暖的 3,900F—— 表面覆蓋著石墨和鑽石，而不是水和花崗岩。它每 18 小時繞行巨蟹座 55 一次。

2013 年 1 月，脈衝星 PSR 1257+12 被認為可能是中斷在碳合成階段以致形成碳行星的恆星。碳行星也可能存在於銀河核心附近或繞行星系的球狀星團，這些地方的恆星含碳量都比太陽更多。當恆星老死時，它們會噴出大量的碳。隨著時間的流逝，更多恆星老死的世代交替，碳的濃度和碳行星的數量都會增加。

## 相關條目

* 系外行星
* 鐵行星
* 氦行星
* 海洋行星
* WASP-12b

## 在科幻

* Midnight (Doctor Who)

## 參考資料

## 外部連結

* arXiv:astro-ph/0504214 Marc J. Kuchner, _Extrasolar Carbon Planets_
* Than, Ker. Star's Planets Might Have Mountains of Diamonds. Space.com. 2006-06-07 [2012-10-12]. （原始內容存檔於 2010-11-23）.
* spaceplace.nasa.gov （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
碳角

**碳角**（英語：Carbon Point），是南極洲的海岬，位於南喬治亞群島，處於克拉普馬奇角西北面的坎德爾默斯島西南端附近，在 1953 年由阿根廷地圖命名，由英國海外領土管轄。

## 參考資料

* 本條目引用的公有領域材料來自美國地質調查局的文檔《碳角》 （資料來自地名信息系統）。
碳變_(小說)

《**碳變**》（英語：_**Altered Carbon**_）是一本 2002 年賽博朋克小說，由英國作家理查・K・摩根所寫。故事設定在未來每個人都植入了「暫存器」，可以把心智數位化、下載人格備份、植入至新軀殼，講述前特使軍團的精兵武・科瓦奇變成私家偵探，去調查一名富豪之死。本書的續集是《Broken Angels》和《Woken Furies》。

本書在 2018 年被改編成 Netflix 電視劇，也名為《碳變》。Dynamite Comics 在 2019 年創作了圖像小說版。

## 反響

本書在 2003 年贏得菲利普・K・迪克紀念獎的最佳小說獎。

## 改編電視劇

2016 年宣布改編成電視劇。Netflix 已經訂了最初 10 集一季。第一季於 2018 年 2 月 2 日在 Netflix 上首播。

## 參考資料
碳負離子

**碳負離子**（英語：Carbanion），又叫**碳陰離子**，指的是含有一個連有三個基團，並且帶有一對孤對電子的碳。碳負離子帶有一個孤立負電荷，通常是三角椎體構型，其中孤對電子占一個 sp3 混成軌域。形式上，碳陰離子是含碳酸的共軛鹼：

　
: R3C-H + B− → R3C− + H-B

上式的 B 表示鹼。而碳陰離子在有機反應中扮演中間物的角色。

## 理論

碳陰離子為親核試劑，其反應性與穩定度受許多因素影響。包含：

* 誘導效應。電荷會受鄰近的負電原子影響而穩定
* 帶電原子的混成。帶電原子混成後，S 軌域的比例越大，碳陰離子就越穩定
* 共振現象。共振可以穩定碳負離子，這也是為何芳香族的碳負離子會很穩定

碳陰離子在有機化學中擔任反應中間物（活性中間體）的角色，比如 E1cB 反應與有機金屬化學中的格林尼亞反應。1984 年，Olmstead 介紹三苯甲基碳陰離子的鋰冠醚鹽，由三苯甲烷與正丁基鋰、12 - 冠 - 4 反應產生。

在低溫下將三苯甲烷與融於 THF 的正丁基鋰反應，再加入 12 - 冠 - 4 產生紅色溶液與在 - 20℃下沉澱的鹽類錯合物。中間的 C-C 鍵長 145pm，苯基間的鍵角 31.2°。與四甲基銨相比，螺旋槳型就不太明顯。探測溶液中碳負離子的其中一種方法是質子 NMR。在 DMSO 中的環戊二烯的圖譜在 5.50ppm 有一個環戊二烯陰離子的峰值。

## 氫碳酸

帶有 C-H 的分子能經由丟出質子形成碳負離子。故有 C-H 鍵的烴類可以視作一種酸類，並有對應的 pKa 值。甲烷因 pKa 大到近 56，相對於 pKa 4.76 的醋酸，通常甲烷就不視作酸類。相同的條件在判斷碳負離子的穩定度時，也能判斷出碳酸 pKa 的相對順序。藉由跟傳統酸類比較 pKa 值，可以判斷出特定化合物是否能溶於水中。下表為一些化合物的酸度，從甲烷開始，越往下酸度愈大。

```
 --以粗體字表示酸類
```

## 歷史

1907 年，碳陰離子在 Clarke 和 Lapworth 發表關於安息酸縮合反應機制的文章中首次出現。1904 年，Schlenk 從四甲基氯化銨與三苯甲基鈉反應製備 Ph3C-NMe4+ 以獲得五價氮。十年後，他證明出三苯甲基自由基如何藉由鹼金屬來減少碳離子。Wallis 和 Adams 在 1933 年使用碳陰離子這個詞來表示帶有負電荷的碳離子。

## 連結

* 碳正離子

## 參考資料

1. Harder, Sjoerd (2002). "Schlenk's Early 「Free」 Carbanions". Chemistry - A European Journal 8 (14): 3229–3232.
2. Organic Chemistry - Robert Thornton Morrison, Robert Neilson Boyd
3. The isolation and x-ray structures of lithium crown ether salts of the free phenyl carbanions [CHPh2]- and [CPh3]- Marilyn M. Olmstead, Philip P. Power; J. Am. Chem. Soc.; 1985; 107(7); 2174-2175.
4. A Simple and Convenient Method for Generation and NMR Observation of Stable Carbanions. Hamid S. Kasmai Journal of Chemical Education • Vol. 76 No. 6 June 1999
5. Equilibrium acidities in dimethyl sulfoxide solution Frederick G. Bordwell Acc. Chem. Res.; 1988; 21(12) pp 456 - 463
6. The Configurational Stability of cis- and trans-2-Methylcyclopropyllithium and Some Observations on the Stereochemistry of their Reactions with Bromine and Carbon Dioxide Douglas E. Applequist and Alan H. Peterson J. Am. Chem. Soc.; 1961; 83(4) pp 862 - 865
7. Cyclopropanes. XV. The Optical Stability of 1-Methyl-2,2-diphenylcyclopropyllithium H. M. Walborsky, F. J. Impastato, and A. E. Young J. Am. Chem. Soc.; 1964; 86(16) pp 3283 - 3288;
8. Enantioselectivity determined by NMR spectroscopy after derivatization with Mosher's acid
9. Preparation of Chiral -Oxy-[2H1]methyllithiums of 99% ee and Determination of Their Configurational Stability Dagmar Kapeller, Roland Barth, Kurt Mereiter, and Friedrich Hammerschmidt J. Am. Chem. Soc.; 2007; 129(4) pp 914 - 923; (Article)
碳質球粒隕石

**碳質球粒隕石**或 **C 球粒隕石**是球粒隕石，至少有 8 種已知的群組和許多尚未分類的隕石屬於這一類型，它們包括許多種已知的原始隕石。碳質球粒隕石只佔墜落隕石總數的一小部分（4.6%）。

一些著名的碳質球粒隕石是：阿顏德隕石、默奇森隕石、奧蓋爾隕石、Ivuna、默里隕石、塔吉什湖隕石、和薩特磨坊隕石。

## 成分和分類

碳質球粒隕石根據獨特的成份，反應它們源自的母體進行分類。這些分類都以著名的隕石－往往都以最先發現的隕石－命名。

幾種值得注意的碳質球粒隕石包括：CM 群和 CI 群，包含高百分比的水（從 3% 至 22%），和有機化合物。它們的主要成分是矽酸鹽、氧化物、硫化物，典型的特色礦物是橄欖石和蛇紋石。揮發性、有機化學品和水的存在，顯示它們形成時沒有經歷過有影響的加熱（>200°C），因此它們的組成被認為與凝聚出太陽系的太陽星雲相近。其它的 C 球粒隕石，像是 CO、CV、和 CK 球粒隕石，相對的缺乏揮發性化合物，並且其中一些在其母體小行星經歷了重大的加熱。

### CI 群

此群的名稱來自 Ivuna，它的化學成份被測量出最接近太陽的光球層，忽略氣體元素和像鋰這種在核反應中被摧毀的元素，因而描述出太陽光球的成分類似於它們在 CI 球粒隕石中的。在這樣的意義下，它們是已知化學成分最原始的隕石。

CI 球粒隕時通常包含很高比例的水（可以高達 22%），與胺基酸形式的有機物和多環芳香烴。水蝕變促成水合層狀矽酸鹽、磁鐵礦和橄欖石結晶在黑色的基質內發生，並可能導致隕石球粒的缺乏。它們被認為不曾被加熱至 50 °C（122 °F）以上，這表明他們是在太陽星雲較冷的外層凝聚的。

已經觀察到五種墜落的 CI 球粒隕石：Ivuna、奧蓋爾隕石、Alais、Tonk 和 Revelstoke，還有一些其它的在日本於南極洲的探勘場所發現。一般情況下，CI 球粒隕石的極度脆弱，導致他們在地面上很容易受到風化，因此它們在墜落到地球表面後不會存活太長的時間。

### CV 群

這一群的名稱來自維加拉諾隕石（Vigarano meteorite），這一類型的球粒隕石大部分屬於沉積岩型 3。

觀察到的 CV 墜落隕石有：

* 阿顏德隕石
* Bali（印度尼西亞）
* Bukhara（烏茲別克）
* Grosnaja
* kaba
* Mokoia
* Vigarano

### CM 群

這群隕石的名稱來自 Mighei，但是最著名與被研究得最多的卻是默奇森隕石（Murchison meteorite）。已經觀察到許多眾所周知的 CM 群球粒隕石含有豐富且複雜的有機化合物，像是胺基酸和嘌呤 / 嘧啶鹼基。

### CR 群

這一群的名稱來自 Renazzo（義大利費拉拉省），智神星被懷疑是最可能的母體。被觀測到的 CR 群墜落隕石有：

* Al Rais
* Kaidun
* Renazzo

其它著名的 CR 球粒隕石還有：

* Dar al Gani 574
* El Djouf 001
* NWA 801

### CH 群

"H" 代表 "高金屬"，因此 CH 群的球粒隕石可能包含高達 40% 的金屬，這使它們成為所有的球粒隕石集團中金屬量最豐富的。第一顆被發現的此類隕石是 ALH 85085。化學上，這類隕石與 CR 和 CB 群的密切相關。所有的標本都只屬於石隕石類型的 2 或 3。

### CB 群

這群的名稱源自最有代表性，來自澳大利亞洲 bencubbin 的隕石。儘管這些隕石含有 50% 多種鎳鐵金屬，但因為它們的礦物和化學性質與 CR 群碳質球粒隕石有強烈的關聯，所以沒有歸類為中隕鐵 。

### CK 群

這個群的名稱源自澳大利亞的 Karoonda。這群隕石和 CO 群與 CV 群有著密切相關。

### CO 群

這群隕石的名稱來自法國的 Ornans。隕石球粒的大小平均只有 0.15  毫米。它們都屬於石隕石 3。

著名的墜落 CO 碳質球粒隕石：

* Ornans
* Kainsaz
* Warrenton
* Moss

著名的發現 CO 碳質球粒隕石：

* Dar al Gani 749

### 未分群的

最著名的成員：

* 塔吉什湖隕石

## 有機物

Ehrenfreund 等人（2001 年）發現在 Ivuna 和 Orguei 的胺基酸含量比 CM 隕石（～30%）的濃度低很多，並且它們在 β- 丙氨酸、甘氨酸、γ-Aminobutyric acid 和 β-Amino-n-butyric-acid 的成分明顯偏高，但 α-aminoisobutyric acid (AIB) 和 isovaline 偏低。這意味著它們是由不同的通路合成，以及在與 CM 隕石不同的母體中形成。在 CI 和 CM 碳質球粒隕石中，大多數有機化合物碳是一種不溶性的複雜材料；這類似於對油母質的描述。火星隕石 ALH84001（一顆無粒隕石）也是類似油母質的物質。

CM 隕石的默奇森有超過 70 外星的胺基酸和包括羧酸、羥基羧酸、磺酸、磷酸、脂肪族、芳香和極性碳氫化合物、雜環化合物、羰基化合物、酒精、胺和醯胺等的其它化合物。

## 中國著名的碳質球粒隕石

* 陝西寧強碳質球粒隕石（於 1983 年發現）

## 相關條目

* 隕石學辭彙
* List of meteorite minerals

## 參考資料

* Carbonaceous chondrites at The Encyclopedia of Astrobiology, Astronomy, and Spaceflight （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Gilmour, I.; Wright, I.; Wright, J. Origins of earth and life. Bletchley: The Open University. 1997. ISBN 0-7492-8182-0.

## 外部連結

* Carbonaceous Chondrite Images （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） from Meteorites Australia - Meteorites.com.au
* http://internt.nhm.ac.uk/cgi-bin/earth/metcat/list.dsml?Grp=CI&sort=Name&recLimit=100&countscripts=/generic/scripts/countscripts.js&gpVal=CI&sqlpageinfo=5:1:0&=%3E
碳足印

**碳足跡**（英語：Carbon footprint），亦譯**碳足印**，指由個人、事件、組織、服務或產品造成的溫室氣體總排放量（以二氧化碳（CO 
2）的影響為單位），用以衡量人類活動對生態環境的影響。然而，最先發明「碳足跡」這個概念，並將其推而廣之的，卻是英國石油以及受其委託的奧美公關，它們的目的在於將減低碳排放的責任從大企業轉移到個人身上。

## 減少碳足跡

根據以下步驟，可以有效減少碳足跡：

* 利用生命週期評估（Life Cycle Assessment，簡稱 LCA）準確地計算目前的碳足跡
* 確認能源消耗及 CO2 排放的要點
* 優化能源效益及因此減少 CO 
2 排放，並減少在生產程序中造成的溫室氣體排放
* 對於未能在節約能源測量中消除的 CO 
2 排放，則確認將它們中和的解決辦法

最後一步包括碳補償（carbon offsetting）投資在減少 CO 
2 排放的方案，例如生質燃料或樹木種植活動。

### 少生與減少碳足跡

由於人呼吸、飲食、出行、生活都會產生碳足跡，因此減少出生人口可以顯著減緩碳足跡的產生。2017 年 7 月一份發表在《環境研究快報》（_Environmental Research Letters_）上的研究表明，在已開發國家，少生一個孩子平均每年減排相當於 58.6 噸二氧化碳的溫室氣體，遠顯著於不乘車、不坐飛機、素食或回收。

## 其他

* 臺灣之水電費收據、台灣中油發票均會列出相對應所製造的二氧化碳數量（單位為公斤），即為碳足跡。
* 碳揭露計畫: Carbon Disclosure Project，簡稱 CDP，CDP 問卷可概分為：減碳策略、減碳管理、減碳資金、價值鏈與政策四個模組。
* 時尚足跡計算機：時尚業的碳足跡約佔全球溫室氣體排放量 4% 至 10%。服裝有太多不同材質及生產方式，再加上數據不足，因此許多消費者難以理解自己的衣櫥對全球暖化有什麼樣具體的影響。二手衣電商 ThredUp 推出了線上時尚碳足跡計算機：https://www.thredup.com/fashionfootprint/

## 相關

* 京都議定書
* 巴黎協議
* 全球暖化
* 生態足跡

## 外部連結

* 碳足跡計算器 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 英文維基版碳足跡有更多資訊 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

## 參考來源
碳足跡

**碳足跡**（英語：Carbon footprint），亦譯**碳足印**，指由個人、事件、組織、服務或產品造成的溫室氣體總排放量（以二氧化碳（CO 
2）的影響為單位），用以衡量人類活動對生態環境的影響。然而，最先發明「碳足跡」這個概念，並將其推而廣之的，卻是英國石油以及受其委託的奧美公關，它們的目的在於將減低碳排放的責任從大企業轉移到個人身上。

## 減少碳足跡

根據以下步驟，可以有效減少碳足跡：

* 利用生命週期評估（Life Cycle Assessment，簡稱 LCA）準確地計算目前的碳足跡
* 確認能源消耗及 CO2 排放的要點
* 優化能源效益及因此減少 CO 
2 排放，並減少在生產程序中造成的溫室氣體排放
* 對於未能在節約能源測量中消除的 CO 
2 排放，則確認將它們中和的解決辦法

最後一步包括碳補償（carbon offsetting）投資在減少 CO 
2 排放的方案，例如生質燃料或樹木種植活動。

### 少生與減少碳足跡

由於人呼吸、飲食、出行、生活都會產生碳足跡，因此減少出生人口可以顯著減緩碳足跡的產生。2017 年 7 月一份發表在《環境研究快報》（_Environmental Research Letters_）上的研究表明，在已開發國家，少生一個孩子平均每年減排相當於 58.6 噸二氧化碳的溫室氣體，遠顯著於不乘車、不坐飛機、素食或回收。

## 其他

* 臺灣之水電費收據、台灣中油發票均會列出相對應所製造的二氧化碳數量（單位為公斤），即為碳足跡。
* 碳揭露計畫: Carbon Disclosure Project，簡稱 CDP，CDP 問卷可概分為：減碳策略、減碳管理、減碳資金、價值鏈與政策四個模組。
* 時尚足跡計算機：時尚業的碳足跡約佔全球溫室氣體排放量 4% 至 10%。服裝有太多不同材質及生產方式，再加上數據不足，因此許多消費者難以理解自己的衣櫥對全球暖化有什麼樣具體的影響。二手衣電商 ThredUp 推出了線上時尚碳足跡計算機：https://www.thredup.com/fashionfootprint/

## 相關

* 京都議定書
* 巴黎協議
* 全球暖化
* 生態足跡

## 外部連結

* 碳足跡計算器 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 英文維基版碳足跡有更多資訊 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

## 參考來源
碳邊境調整機制

**歐盟碳邊境調整機制**（英語：Carbon Border Adjustment Mechanism，簡稱 **CBAM**）是歐洲聯盟導入的碳強度產品（如水泥和一些電力）的環保關稅。作為歐洲綠色政綱的一部分，它於 2026 年生效，並從 2023 年開始報告。歐盟碳邊境調整機制以 450 票支持、115 票反對、55 票棄權獲得通過。

## 參考資料

## 外部連結

* Carbon Border Adjustment Mechanism proposal
碳酰二胺

**尿素**是由碳、氮、氧和氫組成的有機化合物，又稱**脲**（與尿同音）。其化學式為 CON2H4、(NH2)2CO 或 CN2H4O，分子質量 60，國際非專利藥品名稱為 Carbamide（碳醯胺）。外觀是無色晶體或粉末，是動物蛋白質代謝後的產物，通常用作植物的氮肥。

尿素在肝合成，是哺乳動物排出的體內含氮代謝物。這代謝過程稱為尿素循環。

尿素是第一種以人工合成無機物質而得到的有機化合物。活力論從此被推翻。

## 發現

1773 年，伊萊爾・羅埃爾（Hilaire-Marin Rouelle）發現尿素。1828 年，弗里德里希・維勒首次使用無機物質氰酸鉀與硫酸銨人工合成了尿素。本來他打算合成氰酸銨（Ammonium cyanate，NH4NCO），卻得到了尿素。

　
:

由此證明了活力論是錯誤的，事實上開闢了有機化學。活力論認為無機物與有機物有根本性差異，所以無機物無法變成有機物。哺乳動物、兩棲動物和一些魚的尿中含有尿素；鳥和爬行動物排放的是尿酸，因為其氮代謝過程使用的水量比較少。

## 生理

尿素在肝臟產生後融入血液（人體內的濃度在每升 2.5 至 7.5 微摩爾 / 升之間），最後通過腎臟由尿排出。少量尿素由汗排出。

生物以二氧化碳、水、天冬胺酸和氨等化學物質合成尿素。促使尿素合成的代謝途徑是一種合成代謝，叫做尿素循環。此過程耗費能量，卻很必要。因為氨有毒，且是常見的新陳代謝產物，必須被消除。肝臟在合成尿素時，需要 N - 乙醯穀胺酸作為調節。

含氮廢物具有毒性，產生自蛋白質和胺基酸的分解代謝過程。大多數生物必須對其進行再處理。海生生物通常直接以氨的形式排入海水。陸地生物則將氨轉化為尿素或尿酸再排出。鳥和爬行動物通常排泄尿酸，其它動物（如哺乳動物）則是尿素。例外如，水生的蝌蚪排泄氨，但在其蛻變過程轉為排泄尿素；大麥町狗主要排泄尿酸，不是尿素，因為其尿素循環中的一個轉換酶的基因損壞了。

哺乳動物以肝臟中的一個循環反應產生尿素。這個循環最早在 1932 年被提出，其反應起點是氨的分解。1940 年代澄清瓜胺酸和精氨基琥珀酸的作用後，它已被完全理解。在這個循環中，來自氨和 L - 天冬胺酸的氨基被轉換為尿素，起中介作用的是 L - 鳥胺酸、瓜胺酸、L - 精胺酸 - 琥珀酸和 L - 精胺酸。

尿素循環是哺乳動物和兩棲動物排泄含氮代謝廢物的主要途徑。但別種生物亦然，如鳥類、無脊椎動物、昆蟲、植物、酵母、真菌和微生物。

尿素對於生物來說基本是廢物，但仍有正面價值。比如，腎小管裡的尿素被引入腎皮質以提高其滲透濃度，促使水份從腎小管滲透回身體再利用。

## 應用

尿素在商業上，可作為：

* 特殊塑料的原料，尤其是尿素甲醛樹脂
* 某些膠類的原料
* 肥料和飼料的成分
* 取代防凍的鹽撒在街道，優點是不使金屬腐蝕
* 加強香菸的氣味
* 賦予工業生產的椒鹽卷餅棕色
* 某些洗髮劑、清潔劑的成分
* 急救用製冷包的成分，因為尿素與水的反應會吸熱
* 處理柴油機、發動機、熱力發電廠的廢氣，尤其可降低其中氮氧化物的含量，相關產品如環保汽車尿素
* 催雨劑的成分〈配合鹽〉
* 過去用來分離石蠟，因為尿素能形成包合物
* 耐火材料
* 環保引擎燃料的成分
* 美白牙齒產品的成分
* 為化學肥料

### 飼料添加劑

人類糧食資源與蛋白質的短缺，也造成飼料工業一大難題。業者積極尋找蛋白質的新來源，並擴及蛋白質以外的氮來源，例如含氮量高的尿素。

1897 年，Waesk 等人提出**反芻動物**能轉化非蛋白質氮為菌體蛋白質的想法。1949 年，C. J. Watson 等人餵食綿羊含有 N15 標記的尿素膠囊，4 天後在綿羊血液、肝臟、腎臟中檢驗出含有 N15 的蛋白質。這證實了反芻動物可以利用非蛋白質氮。同年 J. K. Looli 等人以尿素當作唯一氮源餵食綿羊，發現綿羊能夠正氮平衡，表明綿羊瘤胃裡的微生物能利用尿素合成其生長所需的 10 種**必需胺基酸**。自此，尿素及尿素化合物成為反芻動物的飼料添加劑。

### 實驗室應用

尿素能非常有效的使蛋白質變性，尤其能非常有效地破壞非共價鍵結合的蛋白質。這特點可以提高某些蛋白質的可溶性，其濃度可達 10 摩爾體積。尿素也可用來製造硝酸尿素。

### 醫學應用

皮膚科以含有尿素的某些藥劑來提高皮膚的濕度。非手術摘除的指甲使用的封閉敷料中，含有 40% 的尿素。

測試幽門螺桿菌存在的碳 - 14 - 呼氣試驗，使用了含有碳 14 或碳 13 標記的尿素。因為幽門螺桿菌的尿素酶使用尿素來製造氨，以提高其周邊胃裡的 pH 值。同樣原理也可測試生活在動物胃中的類似細菌。

### 紡織工業

尿素是紡織工業在染色和印刷時的重要輔助劑，能提高顏料可溶性，並使紡織品染色後保持一定的濕度。

## 生產

全世界每年工業的尿素產量約為十億噸。中國目前尿素產能在 6400 萬噸，年產量約 5700 萬噸。商業尿素是通過氨與二氧化碳的反應生產的，成品尿素可以為藥片狀、顆粒狀、片狀、晶體或者溶液。尿素一般以藥片或者顆粒的形式上市。

90% 以上的生產的尿素被用作肥料。在所有的一般使用的估計氮肥料中尿素的含氮量最高（46.4%），因此相對而言其每氮營養的運輸費最低。尿素在水中的可溶性非常高，因此非常適合被加在可溶的肥料中。

### 生產反應

商用尿素的原料是氨與二氧化碳。後者在以焦炭或烴（如天然氣和石油）為原料生產氨的過程中，會大量產生。尿素因此直接從這些原料中產生。

尿素生產是一個平衡的化學反應，其反應物不完全成為反應結果。生產過程、設定的反應條件、如何處理未轉化的反應物，皆可能不同。由於使用大量的反應物，未反應的反應物可用以生產其它產品，（如硝酸銨或硫酸銨），也可回收再投入反應。

實際的合成反應普遍認為應是在液相中分如下兩大步完成的。

第一步是過量的液氨與乾冰反應為氨基甲酸銨。由於是可逆的放熱反應，反應需要帶走熱能的設備。

　
: ${\ce {2{NH_{3}}+CO_{2}<=>{H_{2}N-COONH_{4}}+28kJ}}$

第二步是加熱氨基甲酸銨為尿素；這步是一個可逆的吸熱反應。反應需要帶走水分的設備。

　
: ${\ce {{H_{2}N-COONH_{4}}<=>{(NH_{2})_{2}CO}+{H_{2}O}}}$ -3.6 千卡

尿素的反應總式為：

$$
{\ce {2NH3 + CO2 -> H2O +CO(NH2)2}}
$$

表達在該公式的生產反應總體上為一個可逆的放熱反應。

尿素在生產中通常伴隨著副產品，如甲醇，也可用來製造下游產品，如三聚氰胺等。

## 脲

脲是化合物，含有官能團 RR'N-CO-NRR'。這官能團的羰基帶著兩個有機的氨基。實驗室中，光氣可與此二氨基反應。脲類化合物包括過氧化脲、尿囊素、乙內醯脲。脲與縮二脲非常接近。脲的化學結構與醯胺、氨基甲酸、雙偶氮化合物、碳二亞胺等接近。

## 其他

* 硫脲
* 硫醯胺
* 環保汽車尿素（AdBlue）

## 外部連結

* 中國尿素網
* 中國種植業大觀・肥料卷・尿素 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
碳酰氟

**碳醯氟**是一種化合物，化學式 COF2。這種氣體與同構的光氣一樣，無色且有劇毒。該分子為平面構型，有 _C_2v 對稱群。它的 C=O 鍵長為 1.174 Å、C–F 鍵長為 1.312 Å、F–C–F 鍵角為 108.0°。

## 製備和性質

碳醯氟通常作為氟化烴熱分解的一種分解產物產生，例如利用三氟甲醇或四氟甲烷在水的存在下的分解反應得到：

　
: CF 
4 + H 
2O → COF 
2 +2HF

碳醯氟也可通過氟化氫和光氣的反應，或者一氧化碳的氧化反應製備，儘管後者往往會導致過度氧化成四氟化碳。用二氟化銀氧化一氧化碳製備很方便：

　
: CO +2AgF 
2 → COF 
2 +2AgF

碳醯氟對水不穩定，水解為二氧化碳和氟化氫：

　
: COF 
2 + H 
2O → CO 
2 +2HF

## 安全

碳醯氟是有毒的， 建議接觸限制為 2 ppm，8 小時時間平均質量值，短期（15 分鐘平均值）暴露為 5 ppm。

## 參考文獻
碳酰氯

**碳醯氯**，俗稱**光成氣**（英語：**phosgene**；化學式：COCl2），簡稱**光氣**，是一種無色氣體，低濃度下有剛割下的乾草或草的氣味。光氣是一種有價值的工業材料，特別是用於生產聚氨酯和聚碳酸酯塑料的前體。

光氣有劇毒，在第一次世界大戰中用作化學武器，造成 85000 人死亡。

除了工業生產外，還有少量的光氣來自於有機氯化合物的分解和燃燒。

## 結構

光氣是平面型分子，符合 VSEPR 理論的預測。其中的 C=O 鍵長為 1.18 Å，C−Cl 鍵長為 1.74 Å，Cl−C−Cl 鍵角為 111.8°。它是最簡單的醯氯之一，衍生自碳酸。

## 生產

### 工業生產

一氧化碳和氯氣在加熱條件下經活性炭催化合成。反應化學式為：

 ${\rm {CO+Cl_{2}{\xrightarrow[{\Delta }]{\rm {C}}}COCl_{2},}}$ （ΔH 反應 = −107.6kJ/mol）

反應是可逆的放熱反應，因此在工業中需要以冷卻劑對反應器進行冷卻。反應溫度通常介於 50 至 150 攝氏度（反應器中存在溫度峰值 170°C）。光氣在 200°C 以上會分解成 CO 與 Cl2，_K_eq(300 K) = 0.05。1989 年，全球光氣產量預計為 2740 萬噸。

### 無意間的光氣產生

在紫外光和氧存在下，簡單的有機氯化合物，例如氯仿會緩慢變成光氣。光氣也作為氯仿的代謝產物形成，可能是細胞色素 P450 的作用。

## 歷史

光氣是由化學家 John Davy（1790-1868）在 1812 年，通過在陽光下暴露一氧化碳和氯氣的混合物而成的。他將其命名為「phosgene」，這取自希臘語 φῶς（phos，光）和 γεννάω（gennaō，生），因為光促進了反應。 隨著 19 世紀的進步，它在化學工業中逐漸變得重要，特別是在染料製造中。

## 反應和用途

二醇和光氣反應，形成線形或環狀的碳酸酯（R = H、烷基、芳基）：

　
: HOCR2−X−CR2OH + COCl2 → 1⁄n [OCR2−X−CR2OC(O)−]n + 2 HCl

光氣和雙酚 A 反應，形成聚碳酸酯。

光氣可以從胺製備異氰酸酯，相當於引入合成子 CO2+：

　
: RNH2 + COCl2 → RN=C=O + 2 HCl（R = 烷基、芳基）

它和三氟化氮和三溴化鋁反應，分別形成 COF2 和 COBr2。

### 用作化學武器

在禁止化學武器公約中，光氣屬於三類物質：年產 30 噸以上光氣的工廠必須向 OPCW 登記。雖然它的毒性比其它化學武器（如沙林）低，但與第一代神經毒劑塔崩等化學武器相比，其製造要求更簡單，因此仍被視為一種可行的化學武器。

光氣在 1915 年，第一次世界大戰期間首次被法國人用作化學武器。它還與等體積的氯氣混合使用，有助於擴散密度更大的光氣。光氣比氯氣更有效，但有些症狀需要 24 小時或更長時間才能顯現。

隨著第一次世界大戰期間光氣的廣泛使用，它被各國儲存起來。

日本帝國陸軍在第二次中日戰爭期間有時使用光氣殘害中國人。氣態武器，例如光氣，是由日本 731 部隊生產的。

## 毒性和安全

光氣是一種陰險的毒劑，因為它的氣味可能不會被注意到，而且症狀可能會緩慢出現。

光氣的氣味檢測閾值為 0.4 ppm，是閾限值的四倍。其高毒性源自於對肺泡中的蛋白質的–OH、–NH2 和–SH 基團的作用，並分別生成酯、醯胺和硫酯。這會導致血氣屏障中斷，最終導致肺水腫。肺泡損傷的程度並不是取決於吸入空氣中的光氣濃度，劑量（吸入光氣的量）才是關鍵因素。光氣的劑量約等於濃度 × 暴露時長。因此，存在光氣意外釋放風險的工作場所的人員通常會在靠近鼻子和嘴巴的地方佩戴指示牌。此類指示牌會指示近似吸入劑量，如果監測到的劑量超過安全限值，則可立即進行治療。

與光氣吸入相關的風險不是基於其毒性（與沙林或塔崩等現代化學武器相比要低得多），而是基於其典型影響。受光氣影響的人可能在數小時內不會出現任何症狀，直到出現肺水腫，此時就為時已晚了。由於光氣的意外釋放而導致的所有死亡都是這樣發生的。另一方面，及時治療的肺水腫通常會在中長期內癒合，在暴露幾天或幾周後都不會產生重大後果。儘管如此，也不應忽視未經治療的慢性低濃度光氣暴露對肺功能的有害健康影響。 儘管接觸到的光氣濃度不足以立即引起肺水腫，但據報導，許多使用光氣的化學家（例如 Leonidas Zervas）因持續低濃度地接觸光氣而出現慢性呼吸系統健康問題，並最終導致呼吸衰竭。

如果在工業或實驗室環境中意外釋放光氣，可用氨氣緩解；如果是液體溢出（例如雙光氣或光氣的溶液），可以使用吸收劑和碳酸鈉。

## 事故

* 第一次與光氣有關的重大事件發生在 1928 年 5 月，當時 11 噸光氣從漢堡市中心的一個戰爭盈餘倉庫中泄漏。三百人中毒，十人死亡。
* 最近光氣的重大事件發生在 2010 年 1 月和 2016 年 5 月。2010 年，西維吉尼亞州杜邦公司的光氣意外泄漏導致一名員工死亡。美國化學安全委員會發布了一支影片，詳細介紹了這起事故。六年後，韓國的巴斯夫工廠發生光氣泄漏，承包商吸入了致死劑量的光氣。

## 參考資料
碳酰溴

**碳醯溴**，又稱**溴光氣**，是一種結構類似光氣的有機化合物。和光氣相似，碳醯溴可以由滅火器中的哈龍化合物光解而成。它是在 1863 年由 J. Schiel 發現的。

## 製備

碳醯溴可以由四溴甲烷和硫酸在 150–170 °C 下反應而成，產率 50%。

　
: $\mathrm {CBr_{4}\ +\ H_{2}SO_{4}\ {\xrightarrow[{}]{}}} $ $\mathrm {\ COBr_{2}+\ 2HBr+\ SO_{3}\ {\xrightarrow[{}]{}}} $ $\mathrm {\ COBr_{2}+\ SO_{2}+\ H_{2}O+\ Br_{2}} $

和光氣不同，碳醯溴不能直接由一氧化碳和溴直接化合而成。由於熱力學的原因，一氧化碳和溴不會完全反應，而且在室溫下反應緩慢。

　
: CO + Br2 ⇌ COBr2

為了提高反應速率，需要升高溫度來使化學平衡向產物進一步移動（因為 ΔRH < 0 和 ΔRS < 0）。  

## 反應

就算在低溫下，碳醯溴還是會分解成一氧化碳和溴。它會水解成二氧化碳和溴化氫。

## 用處

碳醯溴可以生產染料。

## 參考資料
碳酸

**碳酸**（英語：Carbonic acid）在化學上是一種二元酸（dibasic acid），化學式為 **H2CO3**，溶於水而呈弱酸性。

在生物化學及生理學上，「碳酸」這個名稱常用於二氧化碳的水溶液，它在碳酸氫鹽緩衝系統中起重要作用，用於維持酸鹼平衡；在此應用上，也稱「揮發酸」（volatile acid）或「呼吸酸」，而相對於「代謝酸」或「固定酸」。

二氧化碳（CO2）溶於水後，一部分二氧化碳會與水化合，形成碳酸。該反應是一個可逆反應，方程式如下：

　
: ${\rm {CO_{2}+H_{2}O\rightleftharpoons H_{2}CO_{3}}}$

該反應在常溫下的平衡常數是 _Kh_=1.70×10−3；因此室溫下大部分二氧化碳都不會參與反應。假若沒有催化劑存在，反應速率十分緩慢，其反應速率常數僅為 0.039 s−1（正反應）以及 23 s−1（逆反應）。碳酸是無機化合物。

純碳酸只能在−80 °C 下製備。碳酸分子在水存在下會迅速分解成二氧化碳和水，但如果沒有水，純碳酸出乎意料能在室溫下穩定存在。

## 生物體內的碳酸

碳酸在生物體內至關重要，代謝和胃酸分泌過程中都需要碳酸。

### 血液中的碳酸

在哺乳動物的血液中，碳酸在血液中所佔的角色非常重要。當二氧化碳從細胞進入血液後，它會與水化合形成碳酸，其後被奪走一個 H+，形成碳酸氫根離子（HCO3−）。碳酸氫根離子會進入紅血球，與另一個 H+ 結合，再次形成碳酸。在肺中，碳酸中的水將被奪走，二氧化碳即從肺部釋出。

控制碳酸與二氧化碳間的反應平衡對於控制血液酸性的意義很重大。大多數生物具有一種名為碳酸酐酶的酶，它能有效地控制兩種化合物間的反應平衡。

### 碳酸在胃酸分泌中的作用

碳酸在胃酸的分泌中占了重要的作用；胃壁細胞可以藉由主動運輸形成鈉離子、鉀離子濃度差，利用酶從碳酸合成出胃酸的成分之一鹽酸。反應過程如下：

1. 細胞代謝產生二氧化碳，碳酸酐酶將二氧化碳和水結合成碳酸，碳酸再分解成碳酸氫根離子和氫離子。
2. 碳酸氫根離子濃度開始累積，便被酶送出細胞，同時共同運輸進氯離子以平衡電荷。碳酸氫根進入胃血管後會造成血液鹼性上升，稱為鹼潮。
3. 藉由鈉離子在細胞外濃度比較大的特性，運輸進鈉離子的酶也共同運輸進更多氯離子。
4. 鉀鈉腺苷三磷酸酶將氫離子主動運輸進胃小管，同時將鉀離子運進細胞。
5. 細胞中累積的鉀離子形成濃度差，通過共同運輸的酶時也將氯離子共同運輸進胃小管；氫離子和氯離子就形成鹽酸。
6. 鈉鉀幫浦將鈉離子送出、送進鉀離子，以維持電荷平衡。

綜合以上步驟，淨離子方程式可以寫成：

　
: ${\rm {H_{2}CO_{3}+Cl^{-}\rightarrow HCl+{HCO_{3}}^{-}}}$

## 碳酸的酸性

碳酸是一種二元酸，其游離分為兩步：

　
: ${\rm {H_{2}CO_{3}\rightleftharpoons {HCO_{3}}^{-}+H^{+}}}$

　
: Ka1 = 4.3×10-7 mol/L; pKa1 = 6.37 (25 °C)

　
: ${\rm {{HCO_{3}}^{-}\rightleftharpoons {CO_{3}}^{2-}+H^{+}}}$

　
: Ka2 = 4.8×10-11 mol/L; pKa2 = 10.32 (25 °C)

需要注意的是，以上所述值並不適用於實際估算碳酸的酸性，因為單個碳酸分子的酸性比醋酸和甲酸都要強。但實際上，碳酸分子只出現在二氧化碳和水的動態平衡中，其濃度比二氧化碳低得多，故酸度實際上較低，第一步反應可以記作：

　
: ${\rm {CO_{2}+H_{2}O\rightleftharpoons {HCO_{3}}^{-}+H^{+}}}$

　
: Ka = 4.30×10-7 mol/L; pKa = 6.36

這個值被稱為碳酸的解離常數。

## 純碳酸

碳酸除了由二氧化碳和水形成之外，也可以由兩個自由基（HCO、CO3）結合而成。另外一種方式是將碳酸氫鹽加鹽酸或者氫溴酸的水溶液合成；這個反應要在低溫下進行，以免產物立刻分解為二氧化碳和水。在高於 120K 的溫度可以形成非晶質碳酸，高於 200K 則會出現「β- 相」的碳酸結晶，可由紅外光譜學測出。β- 相碳酸的光譜，可以確認它就是二氧化碳和水反應的副產物；它可在 230–260 K 昇華而大部分不發生分解。一方面，間質隔離的紅外線光譜技術，可以測量碳酸分子的訊號，精確度到一個分子。

碳酸可以由混合二氧化碳和水形成形成，又或者將乾冰質子化來合成。由宇宙線的情況因此可以推測，在火星上或者外太空裡的固態水和乾冰混合物中，可能存在碳酸。碳酸的穩定性比預期中高，它能在比較高溫（260K）存在，或甚至以氣態存在於火星極冠。由從頭計算法推算，只要有單獨一個水分子存在，就足以催化氣態碳酸分子分解為二氧化碳和水；若沒有水，分解反應會很慢，在 300K、氣態下的反應半衰期是 18 萬年。這只有在分子不多且距離彼此遙遠下才能成立，因為計算同時推測，氣態碳酸分子本身能發生自催化反應，形成二聚體然後發生分解反應。

曾有研究聲稱低溫合成出「α- 相」的固態碳酸，反應物是碳酸氫鉀和鹽酸的甲醇溶液；然而這項研究結果，受到之後一份 2014 年的博士論文質疑。透過同位素標記實驗，該論文認為產物是碳酸氫甲酯，而凝華的固體可能含有碳酸氫甲酯和二聚物，而不是碳酸；後續的間質隔離紅外線光譜分析，以及分析透過氣態合成、熱裂解技術合成的產物，都確認這點。儘管有過去如此曲折的研究紀錄，碳酸還是可能存在其他不同的同質異形體。一氧化碳可以由羥基自由基氧化而得到碳酸；由這種方式合成的碳酸，是否可被稱為「γ- 相碳酸」尚無定論。而「β- 相碳酸」、「γ- 相碳酸」還未經晶體學分析以確定其結構。

## 在高壓環境

儘管碳酸分子一般在二氧化碳水溶液中所佔比例不高，大量分子態的碳酸可以在數十億帕斯卡（數萬標準大氣壓）的氣壓下，存在於水溶液；而這種情況可發生在星球內部。

## 參考文獻

## 參見

* 碳酸根
* 碳酸鹽、碳酸氫鹽
* 碳酸酯
* 碳酸的醯胺：胺基甲酸、尿素
* 碳酸的醯鹵：碳醯氟、光氣
* 無機酸列表
* 碳酸水
* 二氧化碳
碳酸-3-氯丙烯酯

**碳酸 - 3 - 氯丙烯酯**是一種有機化合物，化學式為 C4H5ClO3。它可由環氧氯丙烷和二氧化碳在叔胺存在下於 100~130 °C、50~70 atm 反應得到，但在催化劑存在下，反應在相對溫和的條件下進行。它和金屬鈉在甲苯中反應，可以得到 1,2,5,6 - 己四醇二碳酸酯。它和乙二胺在氧化鎂催化下於乙醇中加熱反應，可以得到 2 - 咪唑烷酮。

## 參考文獻

## 拓展閱讀

* Angela Dibenedetto, Antonella Angelini, Michele Aresta, Jayashree Ethiraj, Carlo Fragale, Francesco Nocito. Converting wastes into added value products: from glycerol to glycerol carbonate, glycidol and epichlorohydrin using environmentally friendly synthetic routes. Tetrahedron. 2011-02, **67** (6): 1308–1313 [2023-03-11]. doi:10.1016/j.tet.2010.11.070 （英語）.
碳酸乙烯酯

**碳酸乙烯酯**（英語：Ethylene carbonate，縮寫 **EC**）是結構式為 (CH2O)2CO 的有機化合物，可看作碳酸和乙二醇酯化形成的環狀碳酸酯，在室溫（25°C）下為無色透明晶體，易溶於水，在其熔點（34-37°C）以上，它是無色無味的液體。

## 製備方式及會進行的反應

碳酸乙烯酯可由在不同種的陽離子和錯合物催化下，由環氧乙烷和二氧化碳反應製得：

　
: ${\ce {(CH2)2O +CO2->(CH2O)2CO}}$

在實驗室中，碳酸乙烯酯也可由在 150℃溫度，3 千帕的壓力下，在氧化鋅的催化下由尿素和乙二醇的反應製得：

　
: ${\ce {(NH2)2CO +HO-CH2-CH2-OH->(CH2O)2CO +2NH3}}$

碳酸乙烯酯（和碳酸丙烯酯）可由和甲醇進行的酯交換反應轉化為碳酸二甲酯（一種溶劑和溫和的甲基化試劑）：

$$
{\ce {(CH2O)2CO +2 CH3OH ->CH3OC(O)OCH3 +HO-CH2-CH2-OH}}
$$

## 應用

碳酸乙烯酯的分子偶極矩為 4.9 D，可作為 極性溶劑 。

碳酸乙烯酯可作為在鋰電池和鋰離子電池中的高電容率的電解質組成。其他組成成分如碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯和乙酸甲酯可以被加入電解質中以降低其黏性和熔點。

 
碳酸乙烯酯也可作為塑化劑，和碳酸亞乙烯酯，一種可用於化學合成或生成聚合物的化學物質，的前驅物。

草醯氯在商業製備上由對於碳酸乙烯酯的光氯化反應生成碳酸四氯乙烯酯作為前驅物： ${\ce {(CH2O)2CO +4Cl2->(CCl2O)2CO +4HCl}}$

碳酸四氯乙烯酯可在有三級胺或醯胺的催化下，降解為草醯氯。 ${\ce {(CCl2O)2CO->(COCl)2 +COCl2}}$

## 相關條目

* 碳酸丙烯酯
* 碳酸亞乙烯酯
* 碳酸二乙酯
* 三亞甲基碳酸酯
* 碳酸酯
* 乙烯

## 參考資料
碳酸二乙酯

**碳酸二乙酯**（英語：**Diethyl carbonate**）是乙醇的二碳酸酯，常溫下為無色清澈液體。主要用作硝酸纖維素、樹脂和一些藥物（如紅黴素）的溶劑，及有機合成（如苯巴比妥、除蟲菊酯）的中間體。 它還可用在鋰電池的電極上。

## 另見

* 碳酸乙烯酯

## 參考資料
碳酸二甲酯

**碳酸二甲酯**（**DMC**）是一個有機化合物，可看作碳酸的二甲基酯。它是可燃的澄清液體，沸點 90°C，不溶於水，可用作甲基化試劑。相比其他甲基化試劑，如碘甲烷和硫酸二甲酯，碳酸二甲酯毒性較小，而且可被生物降解。

以前以光氣為原料製取碳酸二甲酯的方法已不常用，取而代之的是用甲醇在氧氣存在下的催化氧化羰基化反應製得，較之以前的方法更加環保。

碳酸二甲酯可對苯胺、酚和羧酸進行甲基化，但很多反應都需高壓。可以在回流 DMC 時加入 DBU，以催化碳酸二甲酯甲基化羧酸的反應：

　
:

## 參考資料
碳酸二苯酯

**碳酸二苯酯**(C13H10O3), 白色結晶固體。 不溶於水，溶於熱乙醇、苯、乙醚、四氯化碳、冰醋酸等有機溶劑。碳酸二苯酯在農藥上主要用於合成異氰酸甲酯，進而製備氨基甲酸酯類殺蟲劑克百威。此外主要用於塑料工業，製造聚芳基碳酸酯和對羥基苯甲酸聚酯、單異氰酸酯、二異氰酸酯。也可以製備塑料增塑劑。化工生產中用作溶劑和載熱體。

## 生產方法

### 苯酚與光氣合成法

先向反應鍋內加入 16％～17％的氫氧化鈉溶液，再加入苯酚，在惰性溶劑存在下加入少量叔胺催化劑；然後冷至 10℃左右加入液態光氣，控制反應溫度為 20～30℃，反應生成的碳酸二苯酯不斷呈固態小顆粒析出。反應過程中用調節光氣的加入速度和控制冰鹽水量來掌握反應溫度。當物料 pH=6.5～7 時反應完畢。先趕走剩餘光氣和氯化氫氣體，待物料靜置分層去掉母液，得到碳酸二苯酯粗品；然後經多次鹽水和冷水洗滌、分離，再用真空脫水和回收溶劑，最後經減壓蒸餾和滾筒結晶，得到所需的白色片狀精碳酸二苯酯。

### 乙烯碳酸酯法

此法在 TiO2/SiO2 催化劑存在下碳酸二甲酯與苯酚交換可得碳酸二苯酯。碳酸二甲酯與過量的苯酚，在 200～250℃，0.39 MPa 氮氣壓力下酯交換 3h，主要產物是二苯基碳酸酯及少量甲基苯基碳酸酯及二苯醚。

## 參考資料
碳酸亚铁

**碳酸亞鐵**是一種無機化合物，化學式為 FeCO3。

## 製備

碳酸亞鐵可以利用水熱法，由硫酸亞鐵和尿素於 160℃在反應釜中反應得到。

硫酸亞鐵和碳酸鈉的反應亦可得到碳酸亞鐵：

　
: FeSO4 + Na2CO3 → FeCO3↓ + Na2SO4

## 化學性質

碳酸亞鐵不溶於水，但是在含有二氧化碳的水中溶解度會顯著增加，這是因為形成了 Fe (HCO3)2：

　
: FeCO3 + CO2 + H2O → Fe(HCO3)2

碳酸亞鐵可溶於酸，生成亞鐵鹽：

　
: FeCO3 + 2 H+ → Fe2+ + H2O + CO2↑

它加熱可以分解為氧化亞鐵和二氧化碳：

　
: FeCO3 → FeO + CO2↑

## 參考資料

## 參見

* 菱鐵礦
碳酸亚铊

**碳酸亞鉈** 是一種無機化合物 ，化學式 Tl2CO3。它是一種白色，可溶於水的固體。 它沒有或只有很少的商業應用。 它可以由 TlOH 和 CO2 化合而成。

## 安全性

和其它鉈化合物一樣，碳酸亞鉈也是劇毒的，半數致死量 為 21 mg/kg （小鼠，口服）。 由於其毒性，自 2007 年起它在美國的極度危險物質列表中被列出。 

## 參考資料
碳酸亚铕

**碳酸亞銪**是銪的一種碳酸鹽，化學式 EuCO3。

## 製備

碳酸亞銪可以由硫酸亞銪和碳酸鈉溶液反應而成。

　
: $\mathrm {EuSO_{4}+Na_{2}CO_{3}\longrightarrow EuCO_{3}+Na_{2}SO_{4}} $

## 性質

碳酸亞銪是黃色、對空氣穩定的固體，難溶於水。它呈正交晶系的霞石結構，空間群 Pmcn (No. 62)。

## 參考資料
碳酸六氨合镍

**碳酸六氨合鎳**是一種鎳氨配合物，化學式為 [Ni (NH3)6]CO3，以水合物的形式存在。

碳酸六氨合鎳在氨水中的溶解度，隨著氨的質量分數的增加而減少，隨著溫度的上升而增加。

## 化學性質

碳酸六氨合鎳四水合物加熱時，失去水分子和氨分子，經過 [Ni (NH3)4]CO3·3H2O、[Ni(NH3)]CO3·H2O、[Ni(NH3)]CO3、NiCO3，最終形成一氧化鎳。

## 參考文獻
碳酸化

**碳酸化**指物質與二氧化碳反應產生碳酸根、碳酸氫根、碳酸。在化學中，也指羧化產生羧酸。

在無機化學與地質學中，碳酸化很常見。金屬氫氧化物 (MOH)、金屬氧化物 (M'O) 與 CO2 反應生成碳酸氫根與碳酸根:

　
: MOH + CO2 → M(HCO3)

　
: M'O + CO2 → M'CO3

## 參考文獻
碳酸根

**碳酸根**是一種鹽，它的化學式為 CO32-，雖然碳酸根含碳，但含碳酸根的物質卻多是無機物。碳酸根是一種弱酸根，在水中很容易水解產生碳酸氫根離子和氫氧根離子，從而使水偏向鹼性。

## 碳酸鹽

碳酸鹽有很多，在生活中有許多常見的碳酸鹽，比如純鹼、石灰石等。

### 沉澱及難溶物

碳酸鹽中有如下幾個沉澱及難溶物，但這些難溶物均溶於酸：

* 碳酸鈣
* 碳酸鋇

通常，碳酸鹽中只有 ${\ce {K2CO3,Na2CO3,(NH4)2CO3}}$ 可溶於水。

## 碳酸根的鑑別

通常情況下，碳酸根可以用酸來鑑別。因為碳酸根離子很容易和氫離子結合生成碳酸，然後分解為二氧化碳和水，故只要加入酸便會產生氣體。

對於水溶液中的碳酸根鑑別，嚴謹一些的方法則是：加入可溶性鈣鹽或者鋇鹽，生成的白色沉澱溶於酸後放出無色無味、使澄清石灰水變渾濁的氣體。

## 應用

* 碳酸鈣經常用於工業製取二氧化碳和生石灰
* 碳酸鈉用於食品中去除酸性物質，改善口感

## 註解

## 參看

* 碳酸鹽
* 碳酸
碳酸根离子

**碳酸根**是一種鹽，它的化學式為 CO32-，雖然碳酸根含碳，但含碳酸根的物質卻多是無機物。碳酸根是一種弱酸根，在水中很容易水解產生碳酸氫根離子和氫氧根離子，從而使水偏向鹼性。

## 碳酸鹽

碳酸鹽有很多，在生活中有許多常見的碳酸鹽，比如純鹼、石灰石等。

### 沉澱及難溶物

碳酸鹽中有如下幾個沉澱及難溶物，但這些難溶物均溶於酸：

* 碳酸鈣
* 碳酸鋇

通常，碳酸鹽中只有 ${\ce {K2CO3,Na2CO3,(NH4)2CO3}}$ 可溶於水。

## 碳酸根的鑑別

通常情況下，碳酸根可以用酸來鑑別。因為碳酸根離子很容易和氫離子結合生成碳酸，然後分解為二氧化碳和水，故只要加入酸便會產生氣體。

對於水溶液中的碳酸根鑑別，嚴謹一些的方法則是：加入可溶性鈣鹽或者鋇鹽，生成的白色沉澱溶於酸後放出無色無味、使澄清石灰水變渾濁的氣體。

## 應用

* 碳酸鈣經常用於工業製取二氧化碳和生石灰
* 碳酸鈉用於食品中去除酸性物質，改善口感

## 註解

## 參看

* 碳酸鹽
* 碳酸
碳酸氢三钠

**碳酸氫三鈉**（又稱**倍半碳酸鈉**），簡式 Na3[H(CO3)2]·2H2O。是一種碳酸鈉和碳酸氫鈉構成的複鹽，可從碳酸鈉和碳酸氫鈉的溶液種結晶得到，晶體為針狀結構，它的二水合物（簡式：Na3H(CO3)2·2H2O）是天然鹼礦石馬牙鹼的主要成分。

## 用途

常用於浴鹽、羊毛的脫脂洗滌，在水處理中用於調節鹼度，也可用於硬水軟化，代替磷酸三鈉作為無磷軟水劑使用。

## 參考文獻
碳酸氢根

**碳酸氫鹽**是碳酸形成的酸式鹽，含有**碳酸氫根**離子 —HCO3−。大多數碳酸氫鹽對熱不穩定，會分解為碳酸鹽、二氧化碳和水。鹼金屬碳酸氫鹽溶於水，水溶液呈鹼性，與酸迅速反應放出二氧化碳氣體，加鹼則得到相應的正鹽碳酸鹽。

鉀、鈉和銨的碳酸氫鹽溶解度都小於相應的正鹽，這是由於 HCO3−透過氫鍵形成多聚鏈狀離子。

碳酸氫根在生理學上也有很重要的作用，血液中含有 H2CO3-HCO3−組成的緩衝溶液，以抵禦大幅度的 pH 值變化，為酶等生物分子維持適宜的酸鹼度。

碳酸氫根（HCO3−）為平面結構，碳位於中心，與三個氧原子鍵連。它是碳酸的共軛鹼，也是碳酸根離子的共軛酸。水溶液中存在下列平衡，碳酸氫根既可發生游離生成水合氫離子，也會水解出氫氧根離子，水解程度大於游離，因此水溶液呈弱鹼性。

　
: CO32− + 2 H2O ⇋ HCO3− + H2O + OH− ⇋ H2CO3 + 2 OH−

　
: H2CO3 + 2 H2O ⇋ HCO3− + H3O+ + H2O ⇋ CO32− + 2 H3O+

## 檢驗

碳酸氫鹽在受熱時會分解，生成二氧化碳。它們也會跟稀氫氯酸反應生成二氧化碳。

普遍碳酸氫鹽在水溶液呈弱鹼性。

## 例子

* 碳酸氫鈉
* 碳酸氫鉀
* 碳酸氫鈣
* 碳酸氫銨

## 參見

* 二氧化碳 - 碳酸 - 碳酸鹽
* 碳酸酐酶
* 硬水
* 動脈血氣

## 參考資料

## 外部連接

* 醫學主題詞表（MeSH）：_Bicarbonates_
碳酸氢盐指示剂

**碳酸氫鹽指示劑**（英語：Hydrogencarbonate indicator/Bicarbonate indicator）是一種容易吸收二氧化碳的化學物質，用於在光合作用及呼吸實驗時檢測二氧化碳是否被釋放。當碳酸氫鹽指示劑呈紫色時，二氧化碳濃度處於少於 0.03% 的狀態；當指示劑呈紅色時，二氧化碳濃度約等於 0.03%（即大氣中二氧化碳的含量）；當碳酸氫鹽指示劑呈黃色時，證明濃度高於 0.03% 的二氧化碳被測出來。

## 組成

此溶液由 A、B 兩種溶液組合而成：

* A 溶液：0.02 克百里酚藍及 0.01 克甲酚紅溶於 2 毫升的乙醇
* B 溶液：0.8 克碳酸氫鈉及 7.48 克的氯化鉀溶於 90 毫升蒸餾水

將 A、B 劑混合後以 9:1000 的比例以蒸餾水稀釋即得碳酸氫鹽指示劑。

## 反應

(\* 碳酸氫鹽指示劑於高於 0.03% 的的地方時會由紅變黃；石灰水遇到二氧化碳會由透明變成乳白色)
碳酸氢盐測量器

**碳酸氫鹽測量器** （英文：bevameter）是一種用於土地力學來土壤的衡量力學性能的裝置 。

## 外部連結

* Terrain Trafficability Characterization with a Mobile Robot （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） ，Ojeda, L., Borenstein, J., Witus, G.
碳酸氢钙

**碳酸氫鈣**（化學式：Ca (HCO3)2），是一種無機酸式鹽。

產生碳酸氫鈣最重要的化學反應即是以碳酸鈣溶於二氧化碳水溶液而成碳酸氫鈣，反應式如下：

　
: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O

　
: CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2

這是在石灰水中通入過量二氧化碳時會變回透明的原因。

碳酸氫鈣微溶於水，但碳酸鈣難溶。鐘乳石的形狀即是由微溶的碳酸氫鈣與難溶的碳酸鈣在一定二氧化碳濃度下的互相轉變造成的。

碳酸氫鈣只存在溶液中；將碳酸氫鈣溶液蒸發則得到碳酸鈣固體。

## 化學性質

碳酸氫鈣不穩定，稍受熱即可分解：

　
: Ca(HCO3)2 → CaCO3 + H2O + CO2↑

它也可以和酸反應，產生鈣鹽：

　
: Ca(HCO3)2 + 2 HCl → CaCl2 + 2 H2O + 2 CO2↑

## 參照

* 碳酸氫鈉

## 參考文獻

* Baking Soda （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）