Elementul carbon este un material nemetalic care conține șase electroni. Cărbunele, o formă de carbon, a fost folosit încă din timpuri preistorice. Numele de carbon provine de la cuvântul latin carbo care înseamnă cărbune. Carbonul poate fi găsit în materiale organice, cum ar fi plante și animale, și în materiale anorganice, cum ar fi minerale și minereuri. Carbonul elementar se referă la formele anorganice ale carbonului care pot fi găsite în forme cristaline și amorfe.
Formele cristaline au atomi de carbon elementali aranjați într-un model regulat, în timp ce atomii de carbon din forme amorfe nu au modele regulate. Cele două forme cristaline ale carbonului elementar sunt diamantele și grafitul. Structura cristalină a diamantului este formată de fiecare atom de carbon care creează o legătură covalentă prin împărțirea unei perechi de electroni cu alți patru atomi de carbon. Legăturile covalente sunt cele mai puternice legături chimice cunoscute de omenire. Diamantele sunt cele mai dure substanțe cunoscute și cele mai puțin volatile, cu un punct de topire de 6,242 ° F (3,550 ° C).
Structura cristalină a grafitului este formată din atomi de carbon care creează legături hexagonale strânse cu alți atomi din același plan și o legătură mai slabă între atomi din planuri diferite. O legătură slăbită între planuri face grafitul foarte moale și permite ca grafitul să fie folosit ca lubrifiant. Spre deosebire de diamante, grafitul este un bun conductor electric.
Înainte de 1955, toate diamantele proveneau din zăcăminte naturale. În 1955, testele de laborator au demonstrat că aplicarea unei presiuni și temperaturi înalte pe grafit în prezența unui catalizator poate crea diamante sintetice. Diamantele sintetice sunt utilizate în principal în scopuri industriale.
Carbonul amorf este creat atunci când un material care conține carbon este ars fără oxigen suficient pentru a permite arderea completă. Carbonul negru rezultat poate fi folosit pentru a crea miezuri de baterii cu celule uscate, cerneluri, vopsele și este un element critic în fabricarea produselor din cauciuc. Carbonul negru este, de asemenea, un produs secundar al incendiilor forestiere și al arderii insuficiente a combustibililor în automobile, fabrici de producție și generarea electrică pe bază de cărbune. Combustibilul diesel creează mai mult carbon negru decât benzina în timpul arderii. Carbonul negru poate cauza atât probleme de sănătate, cât și de mediu.
O particule fine care poate cauza probleme de sănătate este carbonul elementar amorf. Astmul și bronșita cronică au fost legate de carbonul negru și există unele dovezi că carbonul negru sau funinginea pot crește riscul de emfizem și cancer pulmonar. Carbonul negru este, de asemenea, un factor al schimbărilor climatice. Deoarece carbonul negru rămâne în atmosferă timp de săptămâni mai degrabă decât un secol în care dioxidul de carbon o face, scăderea emisiilor de carbon negru este văzută ca una dintre cele mai rapide modalități de a reduce posibil efectele schimbărilor climatice globale.