碳族元素（碳元素，元素周期表P区中最有魅力的元素）

碳族元素（碳元素，元素周期表P区中最有魅力的元素）教育领域爱好者

尽管碳在自然界的丰度只有0.03%，但它分布广，能形成不同种类的化合物。碳以糖类、脂肪、蛋白质等形式存在于动植物体中，是生物界的主要元素，而以碳碳健形成的化合物又组成了丰富多彩的有机界。

碳元素位于元素周期表中的第二周期，第IVA族。它极其特殊，既不像它左边的元素容易失去电子，是电子的释放体；又不像它右边的元素，容易得到电子，是电子的接受体。它具有内在的中立性，甚至能自给自足，形成链状、环状和树枝状的原子结构。

碳原子的魅力，就在于它有从-4价到+4价的8个氧化态。例如储存在地壳深层的甲烷，它的碳原子为-4价，而空气中的二氧化碳，它的化合价为+4价。没有任何一种元素能比碳原子更容易被氧化、还原、水化、脱水及金属化而形成各种各样有趣的共价型化合物。

以碳氢元素形成的有机物，数目庞大、结构复杂，已经发展成为一门独立的学科，有机化学。

碳的外层电子在不同条件下，会产生不同形式的杂化，这种多样的电子轨道特性使得以碳元素为唯一构成的碳材料就具有各种各样的性质。例如，同样由碳元素构成，金刚石是最硬和导热能力最好的绝缘体；石墨是质软，具有润滑功能的导体；活性碳因多孔和高的比表面积，具有吸附性。

自20世纪80年代中期以来，纳米碳材料可以说是过去几十年来材料科学领域最重要的发现，其中“对碳正离子化学研究的贡献”和“发现富勒烯”分别获得了1994年和1996年的诺贝尔化学奖。而“在二维石墨烯材料的开创性实验”获得了2010年的诺贝尔物理学奖。

碳材料几乎包括了地球上所有物质所具有的的性质，从最硬的金刚石到最软的石墨，从绝缘体金刚石到半导体富勒烯再到导体石墨，从全吸光石墨到全透光金刚石等，还有很多新型碳材料在不断发现中。可以说没有任何元素能像碳这样，作为单一元素可形成如此之多的结构和性质完全不同的物质。

元素 石墨 金刚石 电子 材料