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碳元素是一种非常重要的化学元素，它存在于自然界中的多种形式。据科学研究表明，碳元素有几种常见的同素异形体，包括钻石、石墨、石墨烯等。钻石是碳元素的晶体形式，具有坚硬、透明的特点；石墨由层层排列的碳原子构成，具有良好的导电性和润滑性；而石墨烯则是一种新兴材料，由单层碳原子构成，具有出色的导电性和机械性能。除此之外，碳元素还可以形成全新的纳米材料和有机化合物，这些多样性的形式使得碳元素成为了化学和材料科学中不可或缺的重要元素。
碳元素只有一种，但是碳的同位素有12种。同位素共有十二种，有碳8至碳19，其中碳12和碳13属稳定型，其余的均带放射性，当中碳14的半衰期长达五千七百三十年，其他的均全不足半小时。 在地球的自然界里，碳12在所有碳的含量占98.93%，碳13则有1.07%。C的原子量取碳12、13两种同位素丰度加权的平均值，一般计算时取12.01。 碳12是国际单位制中定义摩尔的尺度，以12克碳12中含有的原子数为1摩尔。碳14由于具有较长的半衰期，被广泛用来测定古物的年代。
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