碳为什么能“七十二变”

金刚石晶体结构模型

碳原子具有很强的“化学牵手”键合能力，可以通过三种化学键，即单键、双键和三键，形成许许多多不同的结构。仅仅由碳原子就可以组成结构和性质完全不同的金刚石、石墨、石墨烯、碳60、碳纳米管等碳单质。这种由相同元素组成的不同形态的单质又叫同素异形体。

在金刚石的晶体里，每个碳原子都被相邻的四个碳原子包围，以共价键同这四个碳原子结合成为正四面体结构。而石墨的晶体是层状结构，在每一层内，每一个碳原子都以共价键与其他三个碳原子结合，排列成平面的六角形的层状结构。石墨烯就是单层的石墨，现在已可人工制得，具有极其广泛的用途。

石墨晶体结构模型

任何一种单质碳都可以在人们创造的条件下，如同孙悟空的“七十二变”那样变来变去。通过加热、高温再结晶等方法可以将木炭转化为石墨；石墨在高温高压下又可以转化为金刚石；在电弧放电作用下，石墨可以形成单个或众多的碳原子，如果让它们重新生长，在不同的条件下可以形成石墨烯、碳60、碳纳米管等碳的同素异形体。

碳60是由60个碳原子形成的封闭笼状分子，就像一个足球一样。科学家还发现了许多由碳元素组成的单质物质，以球状、椭圆状或管状结构存在。这些物质结构奇异，好像一些设计精巧的建筑物，因此被以建筑大师富勒的名字命名，称为富勒烯。其中柱状或管状的分子又叫作碳纳米管或巴基管。（王茂章）

碳60结构模型

【微博士】为什么碳能“点铁成钢”

铁中如果没有碳，其强度和硬度都会大打折扣，只有碳才能“点铁成钢”。钢是含碳量为0.03%～2%的铁碳合金，随着含碳量升高，钢的硬度增加、韧性下降。然而，当含碳量超过2%、不到4.3%时，这一铁碳合金又变成了硬而脆，但能耐压、耐磨的生铁。碳的作用是不是很神奇？

【微问题】为什么大气中碳－14的含量基本不变？

【关键词】金刚石　石墨　碳钟　碳60　石墨烯　碳纳米管　同素异形体