无定形碳的特征

(1)C/H原子比大于10；

(2)X光衍射图中的反射线模糊不清，从总体上看是非晶态的。但这类炭质材料，不像非晶金属那样形成完全杂乱无序的原子凝集体，即呈现所谓完全无定形。碳的价电子最易取能量低的sp2杂化轨道(见碳原子杂化轨道)，形成六角碳网平面，即使在惰性气体中把金刚石加热到1800℃，金刚石也会转化为石墨。

无定形碳中还含有直径极小的(<30nm)二维石墨层面或三维石墨微晶，在微晶边缘上存在大量不规则的键。呋哺树脂经缓慢炭化制得的玻璃炭，除含有大量的sp2碳外，还含有不少的sp3碳。用低温化学气相沉积法制得的金刚石薄膜，虽然其中碳原子以sp3键合为主，但也有少量碳原子以sp2方式互相键合。总之不能用单一的结构模式来表征这一大类物质，用炭质材料或过渡态碳来表述比较合适。 一般指木炭、焦炭、骨炭、糖炭、活性炭和炭黑等。除骨炭含碳在10%左右以外，其余主要成分都是单质碳。

煤炭是天然存在的无定形碳，其中含有一些由碳、氢、氮等组成的化合物。所谓无定形碳，并不是指这些物质存在的形状，而是指其内部结构。实际上它们的内部结构并不是真正的无定形体，而是具有和石墨一样结构的晶体，只是由碳原子六角形环状平面形成的层状结构零乱且不规则，晶体形成有缺陷，而且晶粒微小，含有少量杂质。大部分无定形碳是石墨层型结构的分子碎片大致相互平行地，无规则地堆积在一起，可简称为乱层结构。层间或碎片之间用金刚石结构的四面体成键方式的碳原子键连起来，这种四面体的碳原子所占的比例多，则比较坚硬，如焦碳和玻璃态碳等。纳米碳管和葱头形颗粒等结构可从球碳的结构出发来理解。

多孔黑色的块粒或粉末状碳。常见的有木炭、焦炭、炭黑、骨炭等。为微晶状碳，晶粒很小，由碳原子六角形环所构成的层为不规则堆积。高温下与氧、金属氧化物作用生成碳的氧化物。与硫和金属作用生成碳化物。

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解析:

无定形碳是碳的同素异形体之一。

无定形碳顾名思义没有特定形状和周期性结构的规律，但它内部原子的排列可从三种晶态碳的单质结构来理解。无定形碳涉及的面很广，日常生活和工农业生产中常用到无定形碳。例如，煤，木炭，焦炭，活性炭，炭黑，碳纤维，玻璃态碳，纳米碳管和葱头形颗粒等都归属于无定形碳。

大部分无定形碳是石墨层型结构的分子碎片大致相互平行地，无规则地堆积在一起，可简称为乱层结构。层间或碎片之间用金刚石结构的四面体成键方式的碳原子键连起来，这种四面体的碳原子所占的比例多，则比较坚硬，如焦碳和玻璃态碳等。纳米碳管和葱头形颗粒等结构可从球碳的结构出发来理解。

无定形碳中石墨层的大小，因制造不同工业用途的品种和工艺而异，例如，用作橡胶填充剂的炭黑及作吸附剂用的活性炭等，它们的主体是石墨乱层结构的颗粒。粒径约为几个纳米，层间距离接近石墨晶体中的数值，约为0.34nm，碳纤维中的石墨层呈卷曲状，沿纤维轴方向延伸，煤的结构很复杂，由于生成的条件不同，石墨化程度不同，氢、氧、氮等的含量差异很大，结构的差异也很大。

在15世纪就已知道属于无定形碳的木炭具有吸附性。19世纪在提纯白糖时就开始使用木炭。以后又对无定形碳进行很多处理，产生了一些种类。

无定形碳跟少量砂子、氧化铁催化剂混合，在约3500℃中加热，使产生的碳蒸气凝聚，可得人造石墨。

碳是一种非金属元素，位于元素周期表的第二周期IVA族。它的化学符号是C，它的原子序数是6，电子构型为[He]2s22p2。碳是一种很常见的元素，它以多种形式广泛存在于大气和地壳之中。碳单质很早就被人认识和利用，碳的一系列化合物——有机物更是生命的根本。

原子体积:(立方厘米/摩尔)

4.58

元素在太阳中的含量:(ppm)

3000

元素在海水中的含量:(ppm)

太平洋表面 23

地壳中含量：（ppm）

480

拉丁语为Carbonium，意为“煤，木炭”。汉字“碳”字由木炭的“炭”字加表固体非金属元素的石字旁构成，从 炭字音。

性状

碳单质通常是无臭无味的固体。单质碳的物理和化学性质取决于它的晶体结构，外观、密度、熔点等各自不同。 碳的单质已知以多种同素异形体的形式存在：

富勒烯（Fullerenes，也被称为巴基球）

无定形碳（Amorphous，不是真的异形体,内部结构是石墨）

碳纳米管（Carbon nanotube）

六方金刚石（Lonsdaleite，与金刚石有相同的键型，但原子以六边形排列，也被称为六角金刚石）

赵石墨（Chaoite，石墨与陨石碰撞时产生，具有六边形图案的原子排列）

汞黝矿结构（Schwarzite，由于有七边形的出现，六边形层被扭曲到“负曲率”鞍形中的假想结构）

纤维碳（Filamentous carbon，小片堆成长链而形成的纤维）

碳气凝胶（Carbon aerogels，密度极小的多孔结构，类似于熟知的硅气凝胶）

碳纳米泡沫（Carbon nanofoam，蛛网状，有分形结构，密度是碳气凝胶的百分之一，有铁磁性）

最常见的两种单质是高硬度的金刚石和柔软滑腻的石墨，它们晶体结构和键型都不同。金刚石每个碳都是四面体4配位，类似脂肪族化合物；石墨每个碳都是三角形3配位，可以看作无限个苯环稠合起来。

常温下单质碳的化学性质比较稳定，不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂。

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