ARTICLE · 1217850
初中化学 15 不同的组合方式
1、碳原子的结构
我们来介绍一个比较特殊的原子——碳原子，它的原子核内有6个质子，核外有6个电子，分两层排布，第一层2个电子，第二层4个电子。最外层4个电子的结构，让它既不容易失去电子，也不容易得到电子，所以更倾向于和其他原子通过共用电子对来形成稳定结构。
这是碳原子的结构示意图，原子结构图是对原子内部构成的描述，包括原子核里的质子、中子，以及核外电子的分层排布等内容。不过有时候为了方便我们会用一种更加简化的方式来表示碳原子的结构：
2、碳原子的组合
铅笔芯的主要成分叫做石墨，而石墨就是由碳原子构成的一种物质，石墨中的碳原子是层状的，像楼房一样一层一层往高累的，而且每层中的碳原子一个接一个地连接成六边形的网格，就像蜂巢的形状。
由于六边形中的碳原子结合比较牢固，而层与层之间的结合相对松散一些，是靠比较弱的一种“范德华力”将它们黏在一起的，所以层与层容易滑动。这个特点导致石墨表面有滑腻感，可以作为润滑剂使用，比如在机械零件之间涂抹石墨粉，能减少摩擦。
除了石墨，碳原子之间还有其他的结合方式，比如说金刚石。金刚石中每个碳原子和周围4个碳原子通过强共价键形成正四面体结构，这种立体网状、紧密又牢固的连接方式，让它宏观上表现出极高的硬度，因此能用来切割坚硬的物体。
除了石墨、金刚石，碳原子还有一种非常独特的结构——C60，碳原子连接方式很特别，60个碳原子组成一个中空的球形，每个碳原子和周围3个碳原子形成共价键，构成12个五边形和20个六边形，整体像一个足球。C60也叫做富勒烯，因为它的分子结构像建筑师巴克敏斯特・富勒设计的球形穹顶，所以科学家就用“富勒”的名字来命名，叫它富勒烯。
由于C60分子中每个碳原子都与周围3个碳原子相连，而且共价键的连接力较强，所以导致富勒烯具有较好的稳定性，不容易和其他物质发生反应，还有不错的强度、硬度，与此同时，C60的中空球形结构让它相比同样由碳原子构成但结构致密的金刚石，单位体积内的碳原子数量更少，所以整体质量更轻。
3、碳原子和氧原子的组合
原子就像一个“求稳”的中年人，只要最外层电子数达到8就达到了稳定状态，比如氧原子，最外层有6个电子，只要能再找来2个电子氧原子就安稳了。
碳和氧结合时，可能出现两种情况，氧气充足时：1个碳原子“拉着” 2 个氧原子，每个氧原子从碳原子那里 “拿” 2 个电子，这样碳原子最外层 4+4=8，每个氧原子6+2=8，都达到稳定。它们手拉手形成二氧化碳分子，化学式为CO₂。
氧气不足时：每个碳原子拿出2个电子和氧的2个电子形成共价键，然后氧原子再单独拿出2个电子“给”碳，形成一个独特的“配位键”结构，碳和氧外层都有 8 个电子，就稳定了。但是碳原子共用了了2个电子，而氧原子提供了4个电子，所以它们各自还剩下2个电子。生成的一氧化碳化学式为CO。
简单来说，原子的最外层电子数决定了“能和几个原子握手”，而反应条件则决定了“实际能握到几只手”。
人们根据其内部原子、分子的种类对物体命名，由于金刚石、石墨，都是只由碳元素这一种元素组成的，所以称其为单质。与之相对的是由两种或者两种以上的原子组合成的物质叫做化合物，比如CO和CO₂。只要是单一分子组成的物质都是纯净物，H₂、O₂、CO、CO₂都是纯净物，由多种分子组成的则是混合物，如空气，因为空气中同时包括O₂、CO₂、N₂、H₂O多种分子。
4、一氧化碳和二氧化碳的化学性质
在一氧化碳和二氧化碳中，决定它们化学稳定性的是碳原子的特征。二氧化碳里碳原子和2个氧原子结合，共拿出4个电子，没有剩下单独的电子，所以二氧化碳中的碳原子更稳定，也因此，二氧化碳不容易和其他物质发生反应。而一氧化碳里的碳原子，提供出2个电子共用后还剩下一对电子，这让碳原子这边更容易“得到”电子，也导致一氧化碳比较容易和其他物质反应，化学性质更加活泼。
一氧化碳可以和多种物质发生反应，一氧化碳和氧气反应：
一氧化碳和氧化铜反应：
一氧化碳和氧化铁反应：
我们知道一氧化碳对于人体而言是有毒的，这是因为它会和我们人体的血红蛋白结合，而血红蛋白是用来输送氧的，因此当人类吸一氧化碳以后血红蛋白就无法运输氧了，人类血红蛋白（其中一种）的分子式为：
一氧化碳和血红蛋白结合的反应方程为：
二氧化碳中碳大多数条件下不能和金属氧化物反应，但是可以和水反应生成碳酸，还能和澄清石灰水（氢氧化钙溶液）反应生成不溶于水的碳酸钙，由于碳酸钙不溶于水，我们看到的现象就是原本澄清的石灰水会变浑浊。
除此之外，二氧化碳也能和碳单质在高温条件下反应，生成一氧化碳，这就是碳在燃烧过程中由于氧气不足会产生CO的原因。
在很多农村地区，人们还是会通过烧炭取暖，燃烧不充分时经常容易出现一氧化碳的中毒现象，所以需要及时开窗通风，一方面可以排除屋内的一氧化碳，另一方面也能让碳燃烧充分、减少一氧化碳的生成。
