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常溫下單質碳的化學性質比較穩定,不溶于水、稀酸、稀堿和有機溶劑;高溫下與氧反應燃燒,生成二氧化碳或一氧化碳;在鹵素中只有氟能與單質碳直接反應;在加熱下,單質碳較易被酸氧化;在高溫下,碳還能與許多金屬反應,生成金屬碳化物。碳具有還原性,在高溫下可以冶煉金屬。此外,近年的研究發現,石墨可以被氯磺酸溶解,形成單層石墨烯的氯磺酸“溶液”。
石墨是碳質元素結晶礦物,它的結晶格架為六邊形層狀結構。每一網層間的距離為340pm,同一網層中碳原子的間距為142pm;。屬六方晶系,具完整的層狀解理。解理面以分子鍵為主,對分子吸引力較弱,故其天然可浮性很好。碳的存在形式是多種多樣的,有晶態單質碳如金剛石、石墨;有無定形碳如煤;有復雜的有機化合物如動植物等;碳酸鹽如大理石等。