碳化合物是一种化学物质，含有与任何其他元素结合的碳原子。碳化合物比除氢以外的任何其他元素都多。这些分子中的大多数是有机碳化合物（如苯、蔗糖），尽管也存在大量无机碳化合物（如二氧化碳）。碳的一个重要特征是连环化，即形成长链或聚合物的能力。这些链可以是线性的，也可以形成环。

碳形成的化学键的类型

碳通常与其他原子形成共价键。碳与其他碳原子结合时形成非极性共价键，与非金属和类金属形成极性共价键。在某些情况下，碳形成离子键。例如，碳化钙CaC2中钙和碳之间的键。

碳通常是四价的（氧化态为+4或-4）。然而，其他氧化状态是已知的，包括+3、+2、+1、0、-1、-2和-3。碳甚至可以形成六个键，就像在六甲苯中一样。

虽然碳化合物的两种主要分类方法是有机或无机，但有许多不同的化合物可以进一步细分。

碳同素异形体

同素异形体是元素的不同形式。从技术上讲，它们不是化合物，尽管这些结构通常被称为化合物。重要的碳同素异形体包括无定形碳、金刚石、石墨、石墨烯和富勒烯。其他同素异形体是已知的。尽管同素异形体是同一元素的所有形式，但它们彼此有着截然不同的性质。

有机化合物

有机化合物曾经被定义为由活的有机体专门形成的任何碳化合物。现在，这些化合物中的许多可以在实验室合成，或者发现与生物体不同，因此对其定义进行了修订（尽管尚未达成一致）。有机化合物必须至少含有碳。大多数化学家都同意氢也必须存在。尽管如此，一些化合物的分类仍存在争议。有机化合物的主要类别包括（但不限于）碳水化合物、脂类、蛋白质和核酸。有机化合物的例子包括苯、甲苯、蔗糖和庚烷。

无机化合物

无机化合物可能存在于矿物和其他自然来源中，也可能在实验室中制备。示例包括碳氧化物（CO和CO2）、碳酸盐（例如CaCO3）、草酸（例如Ba2O4）、碳硫化物（例如二硫化碳、CS2）、碳氮化合物（例如氰化氢、HCN）、卤化碳和碳硼烷。

有机金属化合物

有机金属化合物包含至少一个碳-金属键。例如四乙基铅、二茂铁和泽斯盐。

碳合金

有几种合金含有碳，包括钢和铸铁。“纯”金属可以用焦炭冶炼，这使得它们也含有碳。例如铝、铬和锌。

碳化合物的名称

某些类别的化合物具有表明其组成的名称：

• 碳化物：碳化物是由碳和另一种电负性较低的元素形成的二元化合物。示例包括Al4C3、CaC2、SiC、TiC、WC。
• 卤化碳：卤化碳由与卤素键合的碳组成。例如四氯化碳（CCl4）和四碘化碳（CI4）。
• 碳硼烷：碳硼烷是同时含有碳原子和硼原子的分子簇。例如H2C2B10H10。

碳化合物的性质

碳化合物具有某些共同特征：

1. 大多数碳化合物在常温下反应性较低，但在加热时可能发生剧烈反应。例如，木材中的纤维素在室温下是稳定的，但在加热时会燃烧。
2. 因此，有机碳化合物被认为是可燃的，可以用作燃料。例如焦油、植物物质、天然气、石油和煤。燃烧后，残渣主要是元素碳。
3. 许多碳化合物是非极性的，在水中表现出低溶解度。因此，水本身不足以去除油或油脂。
4. 碳和氮的化合物通常是很好的炸药。原子间的键可能是不稳定的，当断裂时可能释放出相当大的能量。
5. 含有碳和氮的化合物通常具有明显的、令人不快的液体气味。固体形式可能是无味的。尼龙就是一个例子，它会一直闻到聚合。

碳化合物的用途

碳化合物的用途是无限的。我们所知道的生命依赖于碳。大多数产品含有碳，包括塑料、合金和颜料。燃料和食品是以碳为基础的。