How big is 碳原子?

碳原子的原子核由六个质子和通常六个中子组成，核外有六个电子。按照与本站中氢原子相同的测量方法——即最外层电子最可能出现的位置到原子核距离的两倍——碳原子的直径约为 0.13 纳米，即 130 皮米。纳米是十亿分之一米，皮米是纳米的千分之一。

大小

原子没有固定的形状或大小，因此有多种定义方式，每种方式得出的数值都不同。这里给出的数值来自对电子最可能出现位置的计算。碳原子六个电子中的两个靠近原子核，另外四个则分布得更远，如本站图示所示。这四个外层电子最可能出现在距原子核约 65 皮米处，这使得原子的直径约为 130 皮米。

对于分子中的原子，化学家通常采用另一种测量方式。共价半径是两个成键原子中心间距的一半。以单键相连的两个碳原子，中心间距平均为 154 皮米，因此按这种方法测量，碳原子的直径约为 150 皮米。

范德华半径测量的则是两个不相连的原子在相互排斥前能够靠近的最短距离。按这种方法测量，碳原子的直径约为 340 皮米。

大小比较

碳原子的宽度约为氢原子的 1.2 倍，按同样的方法测量，氢原子的直径为 106 皮米。
DNA 双螺旋宽约 2 纳米，相当于约 15 个碳原子的宽度。
约 60 万–80 万个碳原子并排，宽度便相当于一根人类头发的宽度。
如果把碳原子放大到篮球那么大（直径约 24 厘米），人类头发的宽度就会变成约 150–185 千米。

碳原子如何结合在一起

碳原子通常形成四个化学键，并能相互连接成长度各异的链状结构。正是这种形成多种长度链条的能力，使碳成为生命不可或缺的元素。双键会使两个碳原子的距离比单键更近，缩短到 134 皮米，三键则缩短到 120 皮米。

纯碳有多种存在形式，包括金刚石、石墨和石墨烯。金刚石硬度极高，足以切割岩石，而石墨则很软。石墨烯是仅有一个原子厚的碳原子薄层，碳原子以六边形图案相连，形似铁丝网。

观察单个碳原子

单个碳原子太小，光学显微镜无法分辨，但电子显微镜已经能够观察到它们。2008 年，劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员使用 TEAM 0.5 显微镜，拍摄出了石墨烯薄片中每一个碳原子的图像。由于石墨烯十分脆弱，他们采用了能量更低、作用更温和的电子束，即便如此，仍能分辨出相距 1 埃（100 皮米）的细节。