碳 Carbon

碳是一切有机生命和现代材料科学的中心元素，常温下以石墨、金刚石、无定形碳和富勒烯等同素异形体存在，形态从极软到极硬跨度极大，密度约 1.821 g/cm³。它最基础、最大宗的工业角色是钢铁中的合金元素：生铁和钢之所以有区别，关键就在于碳含量，碳含量越高钢越硬，越低越韧，炼钢过程本质上就是把生铁中的多余碳氧化去除并精确调控的过程。除了炼钢，碳还以焦炭、煤和炭黑的形式为整个冶金、化工和橡胶工业提供能量与增强。

在能源领域，石墨是锂离子电池和钠硫电池的负极主要材料，决定电池的容量和循环寿命；活性炭凭借巨大的比表面积用于水处理、防毒面具、烟气净化和食品脱色。碳纤维比强度远高于钢材，被广泛用于风电叶片、飞机机身、自行车架和压力容器，是高端轻量化的代表。金刚石是自然界最硬的材料，用于切削刀具、砂轮、钻井钻头和高精度拉丝模；人造金刚石和立方氮化硼已成为现代机加工和石材加工的基础工具。日常生活里，铅笔芯、干电池、烧烤炭、油墨和轮胎炭黑都离不开它。

二氧化碳（CO2）是碳酸气，广泛用作碳酸饮料、灭火器、焊接保护气和温室种植气肥，干冰则用于冷链运输、舞台烟雾和模具清理，同时它也是全球气候变化讨论的核心气体。一氧化碳（CO）是水煤气和发生炉煤气的主要可燃组分，在冶金中是铁矿石、铜矿和镍矿的重要还原剂，也是甲醇、光气和多种羰基合成的原料。碳酸钙（CaCO3）俗称石灰石、大理石和方解石，是水泥、玻璃、石灰的主要原料，也是造纸、塑料和涂料中用量极大的廉价无机填料。碳酸钠（Na2CO3）即纯碱、苏打，是玻璃制造、纸张蒸煮、肥皂洗涤剂和污水处理中用量最大的碱性化学品之一。