碳的化学键合及其形成的化合物和碳相
键合方式共价键
离子键 金属键
范德华力
分子键合
Sp杂化
SP2杂化
SP3杂化
Sp SP2 SP3
杂化混合
配位数
2
3
4
不定
6、8、12
平均C－C
距离（mm）
0.121
0.133
0.142
0.154
0.119
0.124
0.335
结合能kj/mol
46
35
20
典型例有机物或无机物
乙炔（C2H2）
乙炔（C2H4）
苯（C6H6）
金刚烷（C10H16）
环十二烷（C12H18）
（CF）n、SiC、B4C
CaC2
Fe3C
Al4C3
分子性层间
化合物
（C8K等）
已确定碳相（聚炔累积烯烃）
卡宾
（六方晶棱面体晶C60）
石墨（面内）（立方晶、六方晶）
n-金刚石
金刚石
过渡态
（各种碳材料）
C60
石墨（层间）
尚未明确的碳相
C2～C20
碳分子
1－石墨
3d－sp2
bct－4
聚苯
6H－金刚石BC－8
碳苯
（carbophene）
石墨炔类
（graphynes）
Sc 、bcc、 fcc
β- tin hcp
碳元素是自然界中存在的与人类最密切相关、最重要的元素之一，它具有SP、SP2、SP3杂化的多样电子轨道特性，在加之SP2的异向性导致晶体的各向导性和其它排列的各向导性。因此以碳元素为唯一构成元素的碳素材料具有各式各样的性质，并且新碳素相合新碳素材料还不断被发现和人工制得。事实上，没有任何元素能像碳这样作为单一元素可形成像三维金刚石晶体、二维石墨层片、一维卡宾和碳纳米管、零维富勒烯分子等如此之多的结构与性质完全不同的物质。
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