一文辨清“炭”和“碳”

笔者近日创作、修改微信新闻稿时对“炭”、“碳”这两字的使用迷糊不已。科技文献中就有不少标题含有“炭”和“碳”两字的论文。你是否对这两字的使用范围也感到疑惑？

因此，辨析二字对于正确理解文献材料、撰写学术资讯及规范用字是十分必要的。笔者因此查阅了相关文献，总结了二者用法的区别，整理成文，供读者参考。

“炭”之使用三原则

“炭”这个汉字历史悠久。东汉许慎所著《说文解字》中就有“炭”的定义：“烧木余也”，意为烧木材后生成的物质。但此定义在当下过于狭窄，难以作为使用判定。2006年，《科学技术术语》期刊文献 [1] 给“炭”的使用场合提出了三原则，简便好用。具体而言，炭需满足：

原则一：几乎以碳元素为主

所描述的物质不能是有机物或其他未完全成炭的物质。热处理温度低于成炭温度形成的有机物不是炭。生物质成炭一般要在600 °C以上。

原则二：无定形

非晶或结晶度低。碳结晶一般发生于1500°C以上。如形成洋葱碳（球形结晶）温度要达到1700°C以上；人造石墨是焦炭在2500 °C以上维持相当时间后生成的六方晶系石墨。高温下结晶的含碳材料不是炭。

（洋葱碳的形成过程）来源：J. Mater.Chem. A, 2016, 4, 3172-3196

由聚丙烯腈（polyacrylonitrile）等高分子纤维高温形成的纤维应为“碳纤维”而不是“炭纤维”。因为碳纤维的制备过程中需要高温使碳结晶以提升力学强度和高导电性。

自行制备的低结晶度含碳纤维称“炭纤维”虽不违反此条原则，但广泛接受的写法还是“碳纤维”（详见下文）。

原则三：人造物

炭一般由炭化反应（carbonization）合成。

这里要区分“炭化”和“碳化”的区别。“炭化”构词法同“液化”、“固化”、“气化”，指生成炭。而“碳化”指同碳元素化合，构词法与“硫化”、“氧化”（狭义）相同。实验室carbonization热处理时温度往往低于1500 °C，所得产物结晶度低，应为“炭”。因此，该反应译为“炭化反应”。

除个别特殊情况外（下文详述），同时满足以上三原则就可放心使用“炭”字。反之则用“碳”字。

何为“碳”？

“碳”字用于表示元素周期表中第六号元素C。19世纪末，徐寿翻译元素周期表时虽然创新地使用了许多形声字来代表元素，但对于第六号C元素，使用的还是古老的“炭”字，并非形声字。后来给炭加上了石字旁，以表明C为非金属元素，遂有“碳”（具体年代笔者未考证到）。

（徐寿及其翻译的元素周期表部分。其中C被译为“炭”。）

从碳的起源我们可以看到，“碳”字侧重碳元素，多和化学概念相结合。如碳水化合物、渗碳（carburization，在碳源存在下通过加强热向被处理对象渗入碳原子）、碳纳米管、二氧化碳、碳氢键活化等。

此外，对于近几十年来出现的新型含碳材料，取“碳元素”之意，统冠以“碳”。如碳纤维、碳布等。

“炭”之例外

以下两种情况虽不同时满足炭之使用三原则，但积习已深，不便硬行修改，仍沿用“炭”。

1.“碳”字出现之前（19世纪末前）已有的物质。

典型例子包括：

2）泥炭（由沼泽植物的残体在多水、空气不足条件下部分分解而成。含大量水分和未被彻底分解的植物残体、腐殖质及矿物质）、石炭酸（苯酚）等为有机物，不满足第一原则“几乎以碳元素为主”，但仍用“炭”。

2. 与日文“炭素”相关的舶来品。

C元素的日文为“炭素”。20世纪初科技工作者从日语中借鉴了不少专业名词，“炭素”二字也随之舶来。典型例子有炭素墨水、炭素笔、炭素印刷等。“炭素”二字必作为一个词组整体出现。但随着“碳”字使用日益平常，“炭素”早已没落甚至开始消亡。

总结

练习

光说不练假把式，我们来做点练习。

下面列举了十个含炭或碳的词语及其释义。聪明的你能否为它们补上正确的tan字呢？

1）___黑：质轻、蓬松、细小的黑色非晶粉末。由含碳物质经不完全燃烧或受热分解而得。

2）活性___：通过将有机原料（如椰壳）在隔绝空气条件下加热并被水蒸气或二氧化碳活化后得到的黑色粉末。结晶度低，比表面积一般在1000 m²/g以上。

3）镁___砖：于150 °C – 200°C下电熔或烧结镁砂、天然鳞片石墨、酚醛树脂等而成的一种耐火材料。

4）___砖：以无烟煤为原料，沥青为粘结剂，于明火800 °C-1100 °C烧结成的黑色砖块。

5）木___：木材或木质原料经不完全燃烧，或在隔绝空气条件下热解，所残留的深褐色或黑色多孔固体。

6）低___生活：减少能量消耗，特别是二氧化碳排放量的一种生活方式。

7）___化反应：高温生成碳化物的化学反应。

8）___气凝胶：一种轻质、多孔、非晶态、块体纳米材料，可由石墨烯纳米片堆叠而成。

9）___钢：含0.0218 wt.%~2.11 wt.%碳的铁-碳合金。

10）___疽杆菌：一种细菌，可感染羊、牛、马等动物及人类并致死。

答案

1）炭黑 | 符合炭字使用三原则。

2）活性炭 | 符合炭字使用三原则。

3）镁碳砖 | 化学概念。成分中至少含镁和碳元素，不几乎为碳元素。

4）炭砖 | 符合炭字使用三原则。注意烧结温度低于碳结晶温度，故结晶度低。

5）木炭 | 虽从“深褐色”可推测木炭含有不完全炭化的有机物，与“炭之原则一”违背。但此物古已有之，属例外。

6）低碳生活 | 由释义可知此概念与二氧化碳相关。

7）碳化反应 | 化学概念，与碳元素化合的反应。注意与“炭化反应”区别。

8）碳气凝胶 | 新型含碳材料且石墨烯片结晶度可能较高（与制备方法和温度有关）。

9）碳钢 | 与碳元素相关且碳元素含量低。“碳钢”由“炭素钢”演变而来，是“炭素”一词没落的典型例子。

10）炭疽杆菌 | 炭疽杆菌会引起炭疽病，其典型症状之一是在皮肤上形成如煤炭一般的黑痂，故名。

【参考文献】

[1] 曲学斌，“碳”“炭”的定义、关系及区分。《科学术语研究》，2006，第8卷，第3期，第6-7页。

[2] 石磬，“炭”还是“碳”？《科学术语研究》，2006，第8卷，第3期，第8-9页。