Προβολή πηγαίου κώδικα για τη σελίδα Άνθρακας

{{άλλεςχρήσεις}}
{{Πληροφορίες χημικού στοιχείου
<!--Θέση του στοιχείου στον περιοδικό πίνακα-->
|αριστερά                     =[[Βόριο]]
|δεξιά                        =[[Άζωτο]]
|πάνω                         =-
|κάτω                         =[[Πυρίτιο|Si]]
<!-----Κυρίως πληροφορίες----->
|στοιχείο =Άνθρακας
|χρώμα=#00ffa0
|πίνακας =C-TableImage.png
|εικόνα =Electron_shell_006_Carbon.svg
|λεζάντα =
|εικόνα2=GraphiteUSGOV.jpg
|λεζάντα2=Γραφίτης
|εικόνα3=Coal anthracite.jpg
|λεζάντα3=Κάρβουνο
|όνομα =Άνθρακας
|σύμβολο=C
|ατομικός αριθμός =6
|κατηγορία =[[αμέταλλα]]
|ομάδα =14 (IV<sub>A</sub>)
|περίοδος =2
|τομέας=p
|σχετική ατομική μάζα =12,0107
|φυσική κατάσταση =στερεό
|ηλεκτρονική διαμόρφωση = [ [[ήλιο|He]] ] 2s² 2p²<br/>2 4
|EINECS =
|CAS numb = 7440-44-0
|ατομική ακτίνα = 91,4 pm
|ομοιοπολική ακτίνα =77 pm (sp³)<br />73 pm (sp²)<br />69 pm (sp)
|ηλεκτραρνητικότητα=2,55 (κλίμακα Pauling)
|αριθμοί οξείδωσης='''4'''<ref>Για παράδειγμα στο [[διοξείδιο του άνθρακα]].</ref>, 3<ref>Για παράδειγμα στο #1 άτομο άνθρακα του [[αιθανονιτρίλιο]]υ.</ref><ref>"Fourier Transform Spectroscopy of the System of CP". Retrieved 2007-12-06.</ref>, 2<ref>Για παράδειγμα στο #2 άτομο άνθρακα της [[προπανόνη]]ς.</ref>, 1<ref>Για παράδειγμα στο #1 άτομο άνθρακα της [[αιθανάλη]]ς.</ref><ref>Fourier Transform Spectroscopy of the Electronic Transition of the Jet-Cooled CCI Free Radical". Retrieved 2007-12-06.</ref> 0<ref>Για παράδειγμα στη [[μεθανάλη]].</ref>, −1<ref>Για παράδειγμα στο #1 άτομο άνθρακα της [[αιθανόλη]]ς.</ref>, −2<ref>Για παράδειγμα στη [[μεθανόλη]].</ref>, −3<ref>Για παράδειγμα στο [[αιθάνιο]].</ref>, '''−4'''<ref>Για παράδειγμα στο [[μεθάνιο]].</ref><ref>"Carbon: Binary compounds". Retrieved 2007-12-06.</ref>
|ενέργειες ιονισμού=1.086,5 kJ/mole (C → C<sup>+</sup> + e<sup>-</sup>)<br /> 2.352,6 kJ/mole (C<sup>+</sup> → C<sup>2+</sup> + e<sup>-</sup>)<br /> 4.620,5 kJ/mole (C<sup>2+</sup> → C<sup>3+</sup> + e<sup>-</sup>)
|κρυσταλλικό σύστημα=
|κρυσταλλικό πλέγμα=
|σημείο τήξης=3.527&nbsp;°C (3.800,16 K)
|σημείο βρασμού=4.827&nbsp;°C (5.100,16 K)
|πυκνότητα=3.520 kg/m³ (0&nbsp;°C, 1 atm)
|ενθαλπία τήξης=
|ενθαλπία εξάτμισης=
|ειδική θερμοχωρητικότητα=
|μαγνητική συμπεριφορά=
|ειδική ηλεκτρική αντίσταση=
|ειδική ηλεκτρική αγωγιμότητα=
|ειδική θερμική αγωγιμότητα=
|σκληρότητα Mohs=
|σκληρότητα Vickers=
|σκληρότητα Brinell=
|μέτρο ελαστικότητας=
|μέτρο ολίσθησης=
|μέτρο ελαστικότητας όγκου=
|λόγος Poison=
|ταχύτητα του ήχου=
}}
Ο '''άνθρακας''' (από [[Αρχαία ελληνική γλώσσα|αρχαία ελληνικά]]: ἄνθραξ, {{lang-lat|''carbonium''}}, {{lang-en|''carbon''}}) είναι το [[αμέταλλα|αμέταλλο]] [[Χημικά στοιχεία|χημικό στοιχείο]] με [[χημικό σύμβολο]] '''C''' και [[ατομικός αριθμός|ατομικό αριθμό]] 6. Είναι μέλος της [[Χημικά στοιχεία της 2ης περιόδου|δεύτερης περιόδου]] και της [[ομάδα του άνθρακα|ομάδας 14]] (πρώην IV<sub>A</sub>) του [[περιοδικός πίνακας|περιοδικού πίνακα]]. Δρα σχεδόν πάντα ως αμέταλλο [[τετρασθενές στοιχείο]], δηλαδή το [[άτομο|άτομό]] του έχει τέσσερα [[ηλεκτρόνιο|ηλεκτρόνια]] διαθέσιμα για τη δημιουργία (συνήθως) [[ομοιοπολικός δεσμός|ομοιοπολικών]] [[χημικός δεσμός|χημικών δεσμών]]. Υπάρχουν τρία φυσικά [[ισότοπο|ισότοπα]] άνθρακα, από τα οποία ο [[άνθρακας-12|<sup>12</sup>C]] και ο [[άνθρακας-13|<sup>13</sup>C]] είναι σταθερά, ενώ ο [[άνθρακας-14|<sup>14</sup>C]] είναι [[ραδιενέργεια|ραδιενεργό]], με [[ημιζωή]] περίπου 5.730 [[έτος|έτη]]<ref name="isotopes">Carbon – Naturally occurring isotopes". WebElements Periodic Table. Retrieved 2008-10-09.</ref>. Ο άνθρακας είναι [[Χρονοδιάγραμμα ανακάλυψης των χημικών στοιχείων|ένα από τα λίγα χημικά στοιχεία που είναι γνωστά από την]] [[Αρχαιότητα]]<ref>History of Carbon". Retrieved 2013-01-10.</ref>.

Ο άνθρακας είναι το 15<sup>ο</sup> σε [[Αφθονία των χημικών στοιχείων στον γήινο φλοιό|αφθονία χημικό στοιχείο]] (κατά [[μάζα]]) στον [[Γήινος φλοιός|φλοιό]] της [[Γη]]ς και το 4<sup>ο</sup> (κατά [[μάζα]]) πιο [[αφθονία χημικών στοιχείων|άφθονο χημικό στοιχείο]] στο [[σύμπαν]], μετά από το [[υδρογόνο]], το [[ήλιο]] και το [[οξυγόνο]]. Είναι παρόν σε όλες τις γνωστές μορφές [[ζωή]]ς, ενώ στο [[ανθρώπινο σώμα]] ο άνθρακας είναι το δεύτερο (κατά μάζα) πιο άφθονο χημικό στοιχείο, περίπου 18,5%, μετά το οξυγόνο<ref>"Biological Abundance of Elements". The Internet Encyclopedia of Science. Retrieved 2008-10-09.</ref>. Αυτή η (σχετικά υψηλή) αφθονία του άνθρακα, σε συνδυασμό με τη μοναδική του ικανότητα να σχηματίζει τέτοια τεράστια ποικιλία οργανικών ενώσεων, που επιπλέον συχνά μπορούν και να [[Πολυμερές|πολυμερίζονται]], σε σχετικά συνηθισμένες, για την επιφάνειας της Γης μας, συνθήκες, έκαναν αυτό το χημικό στοιχείο τη βάση κάθε γνωστής μορφής ζωής.

Υπάρχουν αρκετές [[αλλότροπα του άνθρακα|αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα]], από τις οποίες οι πιο γνωστές είναι ο [[γραφίτης]], το [[διαμάντι]] και ο [[άμορφος άνθρακας]]<ref name="therm prop">"World of Carbon – Interactive Nano-visulisation in Science & Engineering Education (IN-VSEE)". Retrieved 2008-10-09.</ref>. Οι φυσικές ιδιότητες των διαφόρων [[Αλλότροπα|αλλομορφών]] του άνθρακα διαφέρουν πολύ. Για παράδειγμα, το διαμάντι είναι πολύ [[διαφάνεια|διαφανές]], το πιο σκληρό φυσικό υλικό που είναι γνωστό και με πολύ μικρή [[ηλεκτρική αγωγιμότητα]], ενώ ο γραφίτης (του οποίου η ονομασία προέρχεται από την [[ελληνική γλώσσα|ελληνική λέξη]] «γράφω») είναι [[αδιαφάνεια (οπτική)|αδιαφανής]], αρκετά μαλακός για να σχηματίζει μια γραμμή πάνω σε [[χαρτί]] και ένας πολύ καλός [[αγωγός]] του [[ηλεκτρισμός|ηλεκτρισμού]]. Υπό [[Κανονικές συνθήκες|κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος]], το διαμάντι, ο [[νανοσωλήνας άνθρακα]] και το [[γραφένιο]] έχουν τις υψηλότερες [[θερμική αγωγιμότητα|θερμικές αγωγιμότητες]] από [[Λίστα των θερμικών αγωγιμοτήτων|όλα τα γνωστά υλικά]].

Όλες οι (γνωστές) αλλοτρομορφές του άνθρακα, υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος, είναι [[στερεό|στερεές]], με τον γραφίτη να έχει την πιο [[Θερμοδυναμική|θερμοδυναμικά]] [[Θερμοδυναμική ισορροπία|σταθερή]] μορφή. Ο γραφίτης είναι μάλιστα (σχετικά) χημικά ανθεκτικός και χρειάζεται (σχετικά πάντα) υψηλή [[θερμοκρασία]] για να αντιδράσει ακόμη και με (καθαρό) [[οξυγόνο]]. Η πιο συνηθισμένη [[Αριθμός οξείδωσης|βαθμίδα οξείδωσης]] του άνθρακα στις [[Ανόργανη ένωση|ανόργανες ενώσεις]] είναι +4, ενώ η βαθμίδα +2 βρίσκεται (για παράδειγμα) στο [[μονοξείδιο του άνθρακα]] (CO)αι στα [[καρβονύλιο μετάλλου|καρβονυλικά σύμπλοκα]] των [[Στοιχεία μετάπτωσης|μεταβατικών μετάλλων]]. Οι μεγαλύτερες πηγές «ανόργανου άνθρακα» (στη [[Γη]]) είναι ο [[ασβεστόλιθος]], οι [[δολομίτης|δολομίτες]] και το [[διοξείδιο του άνθρακα]], (CO<sub>2</sub>)αλλά υπάρχουν και σημαντικές ποσότητες οργανικής προέλευσης αποθεμάτων [[γαιάνθρακας|κάρβουνου]], [[τύρφη]]ς, [[πετρέλαιο|πετρελαίου]], [[φυσικό αέριο|φυσικού αερίου]] καθώς και [[μεθανυδρίτης|μεθανυδρίτες]]. Ο άνθρακας σχηματίζει το μεγαλύτερο αριθμό [[χημική ένωση|χημικών ενώσεων]] από κάθε άλλο χημικό στοιχείο, εφόσον σχεδόν 10.000.000 καθαρές [[οργανική ένωση|οργανικές ενώσεις]] έχουν περιγραφεί προς το παρόν, που αποτελούν (όμως) ένα πολύ μικρό κλάσμα των θεωρητικά πιθανών οργανικών ενώσεων που μπορούν να υπάρξουν, υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος<ref name="lanl">Chemistry Operations (December 15, 2003). "Carbon". Los Alamos National Laboratory. Archived from the original on 2008-09-13. Retrieved 2008-10-09.</ref>.

== Χαρακτηριστικά ==

Οι διαφορετικές αλλομορφές του άνθρακα περιλαμβάνουν (όπως είδαμε και παραπάνω) το [[Σκληρότητα υλικών|σκληρότερο]] υλικό που υπάρχει στη φύση, το διαμάντι, αλλά επίσης και ένα από τα πιο μαλακά υλικά που υπάρχουν στη φύση, τον γραφίτη. Επίσης, το άτομο του άνθρακα έχει τη χημική ικανότητα να σχηματίζει έως και τέσσερις δεσμούς με άλλα άτομα, που περιλαμβάνουν και άλλα άτομα άνθρακα, με ικανότητα μάλιστα να σχηματίζει και πολλαπλούς (δηλαδή διπλούς ή τριπλούς) ομοιοπολικούς δεσμούς με τέτοια άτομα. Ως αποτέλεσμα των παραπάνω, οι μέχρι σήμερα γνωστές ενώσεις του άνθρακα (οργανικές ενώσεις) υπερβαίνουν τα 10.000.000 χημικές ενώσεις, αποτελώντας τη μεγάλη πλειοψηφία του συνολικού αριθμού των ως σήμερα γνωστών χημικών ενώσεων<ref name=lanl/>.

Ο άνθρακας έχει ακόμη την υψηλότερη [[εξάχνωση|θερμοκρασία εξάχνωσης]] από όλα τα άλλα χημικά στοιχεία. Υπό [[πίεση]] 1 [[Ατμόσφαιρα (μονάδα)|atm]] δεν έχει [[Σημείο τήξης|θερμοκρασία τήξης]], αφού το [[τριπλό σημείο]] του βρίσκεται σε πίεση 10,8 ± 0,2 [[Πασκάλ (μονάδα μέτρησης)|MPa]] και σε θερμοκρασία 4.600 ± 300 K (περίπου 4.330 ± 300&nbsp;°C)<ref>Haaland, D (1976). "Graphite-liquid-vapor triple point pressure and the density of liquid carbon". Carbon 14 (6): 357. doi:10.1016/0008-6223(76)90010-5.</ref><ref>Savvatimskiy, A (2005). "Measurements of the melting point of graphite and the properties of liquid carbon (a review for 1963–2003)". Carbon 43 (6): 1115. doi:10.1016/j.carbon.2004.12.027.</ref>, οπότε εξαχνώνεται, με τη θερμοκρασία εξάχνωσής του, που (υπό πίεση 1 atm) είναι περίπου 3.900 K (περίπου 3.627&nbsp;°C). Ο άνθρακας εξαχνώνεται με [[ανθρακικό τόξο]], που έχει θερμοκρασία περίπου 5.800 K (περίπου 5.530&nbsp;°C), οπότε ο άνθρακας, ανεξάρτητα από την αλλοτροπική του μορφή, παραμένει στερεός σε υψηλότερες θερμοκρασίες ακόμη και από τις θερμοκρασίες τήξης μετάλλων όπως το [[βολφράμιο]] ή το [[ρήνιο]]. Παρόλο που θερμοδυναμικά έχει τάση για [[οξειδοαναγωγή|οξείδωση]], ο άνθρακας αντιστέκεται στην οξείδωση πιο αποτελεσματικά από χημικά στοιχεία όπως ο [[σίδηρος]] και ο [[χαλκός]], που είναι ασθενέστερα αναγωγικά μέσα σε θερμοκρασία δωματίου (20&nbsp;°C).

Ο άνθρακας είναι η βάση όλων των γνωστών μορφών ζωής στη Γη και ο [[κύκλος άνθρακα - αζώτου]] μεταφέρει (στις μορφές ζωής της Γης) κάποια από την [[ενέργεια]], που αρχικά παράγεται στον [[Ήλιος|Ήλιο]] (ενώ εικάζεται ότι το ίδιο μπορεί να συμβαίνει και σε άλλα [[Αστέρας|αστρικά συστήματα]]). Παρ' όλο που σχηματίζει μια εξαιρετικά μεγάλη ποικιλία ενώσεων, οι περισσότερες αλλομορφές του άνθρακα είναι συγκριτικά χημικά αδρανείς κάτω από κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος. Στις κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος, ο άνθρακας αντιστέκεται σε όλα, ακόμη και στα ισχυρότερα οξειδωτικά μέσα. Δεν αντιδρά ούτε με το [[θειικό οξύ]] (H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>), ούτε με το [[υδροχλωρικό οξύ]] (HCl), ούτε με το (στοιχειακό) [[χλώριο]] (Cl<sub>2</sub>), αλλά ούτε και με κάποιο από τα [[Αλκάλια|αλκαλιμέταλλα]]. Σε αυξημένες θερμοκρασίες, ο άνθρακας αντιδρά με το οξυγόνο και σχηματίζει οξείδιά του, αλλά ανάγει [[οξείδια]] μετάλλων, όπως [[οξείδιο του σιδήρου]] (FeO), στα (αντίστοιχα στοιχειακά) μέταλλα<ref>Σημείωση: Παρόλο που ο άνθρακας έχει υψηλότερη [[ηλεκτραρνητικότητα]] από τα περισσότερα μέταλλα.</ref>. Αυτή η [[εξωθερμική αντίδραση|εξώθερμη]] αντίδραση αξιοποιείται από τη [[μεταλλουργία|μεταλλουργική]] [[βιομηχανία]] [[Σίδηρος|σιδήρου]] και [[χάλυβας|χάλυβα]], για να ελεγχθεί η [[περιεκτικότητα]] του χάλυβα σε άνθρακα:
<div style='text-align: center;'>
<math>
\mathrm{Fe_3O_4 + 4C \xrightarrow{\triangle} 3Fe + 4CO \uparrow}
</math>
</div>

Επίσης, αντιδρά με το [[θείο]], σχηματίζοντας [[διθειάνθρακας|διθειάνθρακα]] (CS<sub>2</sub>):
<div style='text-align: center;'>
<math>
\mathrm{C + 2S \xrightarrow{\triangle} CS_2}
</math>
</div>

Ακόμη πιο σημαντική είναι η αντίδραση του άνθρακα με [[νερό|υδρατμούς]], που παράγει «υδραέριο», δηλαδή μίγμα μονοξειδίου του άνθρακα και (στοιχειακού) υδρογόνου:
<div style='text-align: center;'>
<math>
\mathrm{C + H_2O \xrightarrow{\triangle} CO + H_2}
</math>
</div>

Ο άνθρακας αντιδρά με κάποια μέταλλα σε υψηλές θερμοκρασίες, σχηματίζοντας καρβίδια των (αντίστοιχων) μετάλλων, όπως είναι το καρβίδιο με τον σίδηρο, που ονομάζεται [[σεμεντίτης]] και περιέχεται στον χάλυβα, το [[καρβίδιο του βολφραμίου]] (WC), που χρησιμοποιείται ευρύτατα ως [[λειαντικό]] για την κατασκευή σκληρών «δοντιών» για εργαλεία κοπής.

Από το [[2009]], το [[γραφένιο]] φαίνεται να είναι το ισχυρότερο υλικό που έχει δοκιμαστεί<ref>Lee, C.; Wei, X.; Kysar, J. W.; Hone, J. (2008). "Measurement of the Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene". Science 321 (5887): 385–8. Bibcode:2008Sci...321..385L. doi:10.1126/science.1157996. PMID 18635798. Lay summary.</ref>. Ωστόσο, η διεργασία διαχωρισμού του από τον γραφίτη χρειάζεται κάποια (επιπλέον) [[τεχνολογία|τεχνολογική]] εξέλιξη πριν γίνει αρκετά [[οικονομία|οικονομική]] ώστε να χρησιμοποιείται σε βιομηχανικές διεργασίες<ref>Sanderson, Bill (2008-08-25). "Toughest Stuff Known to Man: Discovery Opens Door to Space Elevator". nypost.com. Retrieved 2008-10-09.</ref>.

Το σύστημα των αλλοτροπικών μορφών του άνθρακα εξαπλώνεται σε ένα εύρος από ακρότητες:
{|class="wikitable"
|style="width: 50%;"|Το συνθετικό [[νανοκρυσταλλικό διαμάντι]] είναι το σκληρότερο γνωστό υλικό.<ref>Irifune, Tetsuo; Kurio, Ayako; Sakamoto, Shizue; Inoue, Toru; Sumiya, Hitoshi (2003). "Materials: Ultrahard polycrystalline diamond from graphite". Nature 421 (6923): 599–600. Bibcode:2003Natur.421..599I. doi:10.1038/421599b. PMID 12571587.</ref>
|Ο γραφίτης είναι ένα από τα πιο μαλακά γνωστά υλικά.
|-
|Το διαμάντι είναι το κορυφαίο λειαντικό.
|Ο γραφίτης είναι ένα πολύ καλό [[λιπαντικό]], που παρουσιάζει [[υπερλιπαντικότητα]]<ref>Dienwiebel, Martin; Verhoeven, Gertjan; Pradeep, Namboodiri; Frenken, Joost; Heimberg, Jennifer; Zandbergen, Henny (2004). "Superlubricity of Graphite". Physical Review Letters 92 (12). Bibcode:2004PhRvL..92l6101D. doi:10.1103/PhysRevLett.92.126101.</ref>.
|-
|Το διαμάντι είναι ένας άριστος [[μονωτής|(ηλεκτρικός) μονωτής]]<ref>Collins, A.T. (1993). "The Optical and Electronic Properties of Semiconducting Diamond". Philosophical Transactions of the Royal Society A 342 (1664): 233–244. Bibcode:1993RSPTA.342..233C. doi:10.1098/rsta.1993.0017.</ref>, και έχει την υψηλότερη κατανομή [[ηλεκτρικό πεδίο|ηλεκτρικού πεδίου]] οποιασδήποτε γνωστό υλικό.
|Ο γραφίτης είναι ένας [[αγωγός|αγωγός του ηλεκτρικού ρεύματος]]<ref>Deprez, N.; McLachan, D. S. (1988). "The analysis of the electrical conductivity of graphite conductivity of graphite powders during compaction". Journal of Physics D: Applied Physics (Institute of Physics) 21 (1): 101. Bibcode:1988JPhD...21..101D. doi:10.1088/0022-3727/21/1/015.</ref>.
|-
|Το διαμάντι είναι το καλύτερο γνωστό υλικό που βρίσκεται στη φύση σε [[θερμική αγωγιμότητα]]
|Κάποιες μορφές γραφίτη χρησιμοποιήθηκαν για [[θερμομόνωση]], αλλά κάποιες άλλες, όπως ο [[πυρολυτικός γραφίτης]], είναι καλοί αγωγοί [[θερμότητα]]ς.
|-
|Το διαμάντι είναι πολύ διαφανές.
|Ο γραφίτης είναι [[θολότητα (οπτική)|αδιαφανής]].
|-
|Το διαμάντι κρυσταλλώνεται στο [[κυβικό κρυσταλλικό σύστημα]].
|Ο γραφίτης κρυσταλλώνεται στο [[εξαγωνικό κρυσταλλικό σύστημα]]<ref>Delhaes, P. (2001). Graphite and Precursors. CRC Press. ISBN 90-5699-228-7.</ref>.
|-
|Ο άμορφος άνθρακας είναι τελείως [[ισοτροπία|ισοτροπικός]].
|Οι [[νανοσωλήνας άνθρακα|νανοσωλήνες άνθρακα]] είναι το πιο [[ανισοτροπία|ανισοτροπικό]] υλικό που έχει ποτέ παραχθεί.
|}

=== Αλλοτροπικές μορφές ===

{{κύριο|Αλλότροπα του άνθρακα}}
[[Αρχείο:Eight Allotropes of Carbon.svg|μικρογραφία|300px|Αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα.]]

Ο [[ατομικός άνθρακας]] είναι ένα πολύ βραχύβιο χημικό είδος και γι' αυτό ο (στοιχειακός) άνθρακας σταθεροποιείται σε διάφορες πολυατομικές δομές με διάφορες μοριακές διαμορφώσεις, που ονομάζονται αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα. Οι τρεις (3) (σχετικώς) ευρύτερα γνωστές από τις αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα είναι ο άμορφος άνθρακας, ο γραφίτης και το διαμάντι. Υπάρχουν όμως και άλλες. Για παράδειγμα, τα [[φουλερένιο|φουλερένια]] (''fullerenes'') θεωρούνταν κάποτε «εξωτικές» αλλοτροπικές μορφές, αλλά αυτόν τον καιρό συχνά συντίθενται και χρησιμοποιούνται στην έρευνα. Περιλαμβάνουν τις [[μπακιμπάλες]] (''buckyballs'')<ref name="buckyballs"/><ref>Ebbesen, T. W., ed. (1997). ''Carbon nanotubes—preparation and properties''. Boca Raton, Florida: CRC Press. ISBN 0-8493-9602-6.</ref>, τους [[νανοσωλήνας άνθρακα|νανοσωλήνες άνθρακα]] (''carbon nanotubes'')<ref name="nanotubes2">Dresselhaus, M. S.; Dresselhaus, G.; Avouris, Ph., ed. (2001). "Carbon nanotubes: synthesis, structures, properties and applications". Topics in Applied Physics (Berlin: Springer) 80. ISBN 3-540-41086-4.</ref>, τα [[νάνομπαντς άνθρακα]] (''carbon nanobuds'')<ref name="nanobuds">Nasibulin, Albert G.; Pikhitsa, P.V.; Jiang, H.; Brown, D. P.; Krasheninnikov, A.V.; Anisimov, A. S.; Queipo, P.; Moisala, A. et al. (2007). "A novel hybrid carbon material". Nature Nanotechnology 2 (3): 156–161. Bibcode:2007NatNa...2..156N. doi:10.1038/nnano.2007.37. PMID 18654245.</ref> και τα [[Ανθρακόνημα|νανοανθρακονήματα]] (''nanofibers'')<ref>Nasibulin, A; Anisimov, Anton S.; Pikhitsa, Peter V.; Jiang, Hua; Brown, David P.; Choi, Mansoo; Kauppinen, Esko I. (2007). "Investigations of NanoBud formation". Chemical Physics Letters 446: 109–114. Bibcode:2007CPL...446..109N. doi:10.1016/j.cplett.2007.08.050.</ref><ref>Vieira, R; Ledoux, Marc-Jacques; Pham-Huu, Cuong (2004). "Synthesis and characterisation of carbon nanofibers with macroscopic shaping formed by catalytic decomposition of C2H6/H2 over nickel catalyst". Applied Catalysis A 274: 1–8. doi:10.1016/j.apcata.2004.04.008.</ref>. Αρκετές ακόμη εξωτικές αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα έχουν ανακαλυφθεί, όπως ο [[λονσδαλεΐτης]] (''lonsdaleite'')<ref name="lonsdaletite">Clifford, Frondel; Marvin, Ursula B. (1967). "Lonsdaleite, a new hexagonal polymorph of diamond". Nature 214 (5088): 587–589. Bibcode:1967Natur.214..587F. doi:10.1038/214587a0.</ref>, ο [[υαλώδης άνθρακας]] (''glassy carbon'')<ref name="glassy carbon">Harris, PJF (2004). "Fullerene-related structure of commercial glassy carbons". Philosophical Magazine 84 (29): 3159–3167. Bibcode:2004PMag...84.3159H. doi:10.1080/14786430410001720363.</ref>, ο [[νανοαφρός άνθρακα]] (''carbon nanofoam'')<ref>Rode, A. V.; Hyde, S. T.; Gamaly, E. G.; Elliman, R. G.; McKenzie, D. R.; Bulcock, S. (1999). "Structural analysis of a carbon foam formed by high pulse-rate laser ablation". Applied Physics A-Materials Science & Processing 69 (7): S755–S758. doi:10.1007/s003390051522.</ref> και το [[καρβύνιο]] (''carbyne'') ή «[[γραμμικός ακετυλενικός άνθρακας]]» (''linear acetylenic carbon'')<ref name="LAC">Heimann, Robert Bertram; Evsyukov, Sergey E. and Kavan, Ladislav (28 February 1999). Carbyne and carbynoid structures. Springer. pp. 1–. ISBN 978-0-7923-5323-2. Retrieved 2011-06-06.</ref>

Ο άμορφος άνθρακας είναι μια αλλοτροπική μορφή στην οποία τα άτομα άνθρακα έχουν μια διευθέτηση σε μια μη κρυσταλλική, ακανόνιστη, υαλώδη κατάσταση, που είναι ουσιαστικά γραφίτης, αλλά χωρίς να έχει μια κρυσταλλική μακροδομή. Βρίσκεται ως μια (πιθανώς συγκολλημένη) σκόνη, και είναι το κύριο συστατικό ουσιών όπως το [[ξυλοκάρβουνο]], η [[αιθάλη]] και ο [[ενεργός άνθρακας]]. Σε κανονικές πιέσεις ο άνθρακας παίρνει τη μορφή γραφίτη, στον οποίο κάθε άτομο σχηματίζει (ομοιοπολικούς) δεσμούς [[τρίγωνο|τριγωνικά]] με τρία (3) άλλα άτομα άνθρακα, σε ένα [[επίπεδο]], που αποτελείται από «συμπυκνωμένους»<ref>Δηλαδή με τουλάχιστον μία κοινή πλευρά.</ref> [[εξάγωνο|εξαγωνικούς]] δακτυλίους, ακριβώς σαν κι αυτούς στους [[αρωματικοί υδρογονάνθρακες|αρωματικούς υδρογονάνθρακες]]<ref>Jenkins, Edgar (1973). The polymorphism of elements and compounds. Taylor & Francis. p. 30. ISBN 0-423-87500-0. Retrieved 2011-05-01.</ref>. Το αποτέλεσμα αυτής της σύνδεσης είναι ένα δισδιάστατο δίκτυο από επίπεδα φύλλα που στοιβάζονται (το ένα πάνω στο άλλο) και ενώνονται χαλαρά με αδύναμους δεσμούς μέσω [[Δυνάμεις φαν ντερ Βάαλς|δυνάμεων φαν ντερ Βάαλς]]. Αυτή η δομή δίνει στον γραφίτη τη μαλακότητά του και τις διασπαστικές του ιδιότητες (τα χαλαρά συνδεδεμένα φύλλα εύκολα γλιστρούν το ένα πάνω από το άλλο). Επίσης, εξαιτίας της διάχυσης του ενός από τα τέσσερα ηλεκτρόνια της εξωτερικής στιβάδας κάθε ατόμου άνθρακα σε ένα σχηματισμό [[Νέφος π ηλεκτρονίων|(διάχυτου δεσμικού) νέφους π]], ο γραφίτης άγει το ηλεκτρικό ρεύμα, αλλά μόνο κατά το επίπεδο κάθε σχηματιζόμενου «φύλλου» του δικτύου ομοιοπολικών δεσμών. Αυτό καταλήγει σε ένα χαμηλότερο επίπεδο ηλεκτρικής αγωγιμότητας για τον γραφίτη σε σύγκριση με τα περισσότερα μέταλλα. Η διάχυση των ηλεκτρονίων επίσης συνεισφέρει στην ενεργειακή σταθεροποίηση του γραφίτη, σε σύγκριση με το διαμάντι, σε θερμοκρασία δωματίου.

Σε πολύ υψηλές πιέσεις, τα άτομα άνθρακα σχηματίζουν την πιο συνεκτική αλλοτροπική δομή του διαμαντιού, το οποίο έχει σχεδόν διπλάσια [[πυκνότητα]] σε σύγκριση με τον γραφίτη. Στο διαμάντι κάθε άτομο άνθρακα σχηματίζει ομοιοπολικούς δεσμούς σε [[τετράεδρο|τετραεδρική]] δομή με τέσσερα (4) άλλα άτομα άνθρακα, σχηματίζοντας έτσι ένα τρισδιάστατο δίκτυο από συμπτυγμένους εξαμελείς δακτυλίους ατόμων. Το διαμάντι έχει την ίδια [[κύβος|κυβική]] κρυσταλλική δομή που έχει το [[πυρίτιο]] και το [[γερμάνιο]], αλλά επειδή η ισχύς των δεσμών C-C είναι πολύ ισχυρότερη, το διαμάντι είναι το σκληρότερο γνωστό υλικό που εμφανίζεται στη φύση, ως προς την αντίσταση στη χάραξη. Αντίθετα από το δημοφιλές μότο «τα διαμάντια είναι για πάντα» (''diamonds are forever''), στην πραγματικότητα είναι [[θερμοδυναμική|θερμοδυναμικά]] ασταθή στις κανονικές συνθήκες και γι' αυτό (σταδιακά) μετατρέπονται σε γραφίτη<ref name="therm prop"/>. Ωστόσο, εξαιτίας του υψηλού ενεργειακού εμποδίου ενεργοποίησης της διεργασίας, η μετατροπή του διαμαντιού σε γραφίτη είναι τόσο εξαιρετικά αργή, σε θερμοκρασία δωματίου, ώστε περνά απαρατήρητη. Κάτω από ορισμένες συνθήκες, ο άνθρακας κρυσταλλώνεται σαν λονσδαλεΐτης. Στη μορφή αυτή έχει μια εξαγωνική κρυσταλλική δομή στην οποία όλα τα άτομα συνδέονται ομοιοπολικά. Γι' αυτόν το λόγο, όλες οι ιδιότητες του λονσδαλεΐτη είναι πολύ κοντά σε αυτές του διαμαντιού<ref name="lonsdaletite"/>.

Τα φουλερένια έχουν μια δομή που ομοιάζει μ' αυτήν του γραφίτη, αλλά αντί να περιέχουν μόνο εξαγωνικούς δακτυλίους, περιέχουν επίσης [[Κανονικό πεντάγωνο|πενταγωνικούς]] (ή ακόμη και [[επτάγωνο|επταγωνικούς]]). Επίσης αντί να σχηματίζουν απλά επίπεδα φύλλα, τα φύλλα τους κάμπτονται σχηματίζοντας [[σφαίρα|σφαιρικές]], [[έλλειψη|ελλειπτικές]] ή [[κύλινδρος|κυλινδρικές]] επιφάνειες. Οι ιδιότητες των φουλερενίων, που διακρίνονται σε [[μπακυμπάλες]] (''buckyballs''), [[μπακυσωλήνες]] (''buckytubes'') και νάνομπαντς (''nanobuds'') ονομάστηκαν από το όνομα του [[Ρίτσαρντ Μπάκμινστερ Φούλερ]] (''Richard Buckminster Fuller''), που κοινοποίησε τις [[γεωδαισιακές δομές]], που θυμίζουν οι δομές των φουλερενίων. Οι μπακυμπάλες είναι μετρίως μεγάλα μόρια που σχηματίζονται από άτομα άνθρακα που συνδέονται τριγωνικά, σχηματίζοντας σφαιροειδείς δομές. Το πιο γνωστό και απλούστερο από αυτά είναι το [[μπακμινστερφουλερένιο]] C<sub>60</sub>, μια δομή σε σχήμα μπάλας [[ποδόσφαιρο|ποδοσφαίρου]], με [[60 (αριθμός)|60]] άτομα άνθρακα ανά δομή<ref name="buckyballs">Unwin, Peter. "Fullerenes(An Overview)". Retrieved 2007-12-08.</ref>. Οι μπακυσωλήνες είναι δομικά παρόμοιες με τις μπακυμπάλες, εκτός από το ότι κάθε άτομο άνθρακα συνδέεται τριγωνικά σε ένα φύλλο που κάμπτεται σχηματίζοντας έναν κοίλο κύλινδρο<ref name="nanotubes2"/><ref name="nanotubes">Ebbesen, T. W., ed. (1997). Carbon nanotubes—preparation and properties. Boca Raton, Florida: CRC Press. ISBN 0-8493-9602-6.</ref>. Τα νάνομπαντς έχουν αναφερθεί για πρώτη φορά το [[2007]] και είναι υβριδικές δομές που περιέχουν συνδυασμούς από μπακυμπάλες και μπακυσωλήνες, συνδυάζοντας έτσι τις ιδιότητες και των δυο απλούστερων δομών<ref name="nanobuds"/>.

Μια άλλη αλλοτροπική μορφή είναι ο «νανοαφρός άνθρακα» (''carbon nanofoam''), που είναι μια [[μαγνητισμός|σιδηρομαγνητική]] αλλομορφή του άνθρακα, που ανακαλύφθηκε το [[1997]]. Αποτελείται από χαμηλής πυκνότητας συγκροτήματα ατόμων άνθρακα, συγκρατημένες με ένα χαλαρό τρισδιάστατο δίκτυο, στο οποίο τα άτομα συνδέονται τριγωνικά σε εξαμελείς (ή και επταμελείς) δακτυλίους. Είναι ανάμεσα στα ελαφρύτερα γνωστά στερεά σώματα, με πυκνότητα περίπου 2&nbsp;kg/m³<ref>Schewe, Phil and Stein, Ben (March 26, 2004). "Carbon Nanofoam is the World's First Pure Carbon Magnet". Physics News Update 678 (1).</ref>. Παρομοίως, ο «υαλώδης άνθρακας» (''glassy carbon'') περιέχει ένα υψηλό ποσοστό [[πορωσιμότητα]]ς<ref name="glassy carbon"/>, αλλά σε αντιδιαστολή με τον κανονικό γραφίτη στον οποίο τα γραφιτικά «φύλλα» είναι ενωμένα μεταξύ τους, όπως οι σελίδες σε ένα [[βιβλίο]], στον υαλώδη άνθρακα έχουν μια πιο τυχαία διάταξη. Στο «καρβύνιο» (''carbyne'') ή «γραμμικό ακετυλενικό άνθρακα» (''linear acetylenic carbon'')<ref name=LAC/> τα «μόρια» έχουν δομή -(C≡C)<sub>n</sub>-<ref name=LAC/>. Ο άνθρακας σε αυτήν την αλλομορφή του έχει υβριδισμό sp και είναι ένα πολυμερές με εναλλαγή απλών και τριπλών δεσμών. Αυτή η αλλομορφή παρουσιάζει ένα αξιόλογο ενδιαφέρον για τη νανοτεχνολογία, γιατί ο [[συντελεστής ελαστικότητας Γιανκ]] (''Young's modulus'') γι' αυτό (δηλαδή το καρβύνιο) είναι [[40 (αριθμός)|40πλάσιος]] από αυτό του σκληρότερου γνωστού φυσικού υλικού, δηλαδή του διαμαντιού<ref>Itzhaki, Lior; Altus, Eli; Basch, Harold; Hoz, Shmaryahu (2005). "Harder than Diamond: Determining the Cross-Sectional Area and Young's Modulus of Molecular Rods". Angew. Chem. Int. Ed. 44 (45): 7432–5. doi:10.1002/anie.200502448. PMID 16240306.</ref>.

Το [[2015]], μια ομάδα του Πολιτειακού [[Πανεπιστήμιο|Πανεπιστημίου]] της [[Βόρεια Καρολίνα|Βόρειας Καρολίνας]] (''North Carolina State University'') ανακοίνωσε την ανάπτυξη άλλης αλλομορφής άνθρακα, που ονομάστηκε [[άνθρακας Q]] (''Q-carbon''), δημιουργήθηκε με επίδραση υψηλής ενέργειας και χαμηλής διάρκειας παλμού [[λέιζερ]] σε σκόνη άμορφου άνθρακα. Ο άνθρακας Q αναφέρθηκε ότι παρουσιάζει [[Σιδηρομαγνητισμός|σιδηρομαγνητισμό]], [[Φθορισμός|φθορισμό]] και σκληρότητα ανώτερη του διαμαντιού.<ref>{{Cite web|url=https://news.ncsu.edu/2015/11/narayan-q-carbon-2015/|title=Researchers Find New Phase of Carbon, Make Diamond at Room Temperature|website=news.ncsu.edu|access-date=2016-04-06}}</ref>
{|
|[[Αρχείο:Carbon basic phase diagram.png|center|300 px]]
|- align="center" style="border: 1px solid" width=500
|[[Αρχείο:Graphite-tn19a.jpg|200px]][[Αρχείο:Graphene-graphite relation.svg|160px]]
|- align="center"
|[[Αρχείο:Diamond-251619.jpg|200px]][[Αρχείο:Diamond structure animation.gif|265px]]
|-
||<small>Ο άνθρακας, χρησιμοποιώντας τη διαθέσιμη [[ενέργεια]] που παρέχουν οι [[κανονικές συνθήκες]] κρυσταλλώνεται σε [[γραφίτης|γραφίτη]] (άνω). Σε συνθήκες υψηλής [[θερμοκρασία]]ς (άνω των 3500&nbsp;°C) και [[πίεση]]ς, που αντιστοιχούν σε βάθη 140-190 [[χιλιόμετρο|χιλιομέτρων]] στον [[γήινος φλοιός|γήινο φλοιό]], και διαθέσιμο χρόνο από 1 ως και 3.3 δισεκατομμύρια χρόνια, κρυσταλλώνεται με πιο πυκνή διάταξη των ατόμων του, δηλαδή σε [[διαμάντι]] (κάτω).</small>
|}

=== Φυσική παρουσία ===

[[Αρχείο:GraphiteOreUSGOV.jpg|thumb|Ορυκτός γραφίτης]]
[[Αρχείο:Rough diamond.jpg|thumb|Κρύσταλλος ακατέργαστου διαμαντιού.]]
[[Αρχείο:Annual mean sea surface dissolved inorganic carbon for the 1990s (GLODAP).png|thumb|
«Σημερινή εικόνα» (της δεκαετίας του [[1990]]) θαλάσσιας επιφάνειας: Συνολική συγκέντρωση διαλυμένου ανόργανου άνθρακα [από τα δεδομένα του προγράμματος παγκόσμιας ωκεάνιας ανάλυσης (''Global Ocean Data Analysis Project, GLODAP''), [[κλιματολογία]] ].]]

Ο άνθρακας είναι το τέταρτο πιο άφθονο χημικό στοιχείο κατά μάζα στο σύμπαν, μετά από το υδρογόνο, το ήλιο και το οξυγόνο. Ο άνθρακας είναι άφθονος στον Ήλιο, στα άστρα, στους [[κομήτης|κομήτες]] και στις [[Ατμόσφαιρα της Γης|ατμόσφαιρες]] των περισσότερων (γνωστών) πλανητών. Κάποιοι [[μετεωρίτης|μετεωρίτες]] περιέχουν μικροσκοπικά διαμάντια που σχηματίστηκαν όταν το ηλιακό σύστημα ήταν ακόμη ένας [[πρωτοπλανητικός δίσκος]]. Μικροσκοπικά διαμάντια επίσης μπορούν να σχηματιστούν με τη συνύπαρξη έντονης πίεσης και υψηλής θερμοκρασίας στα σημεία σύγκρουσης μετεωριτών<ref>Mark, Kathleen (1987). Meteorite Craters. University of Arizona Press. ISBN 0-8165-0902-6.</ref>.

Το 2014 η [[NASA]] ανακοίνωσε μια πολύ [http://www.astrochem.org/pahdb/ αναβαθμισμένη βάση δεδομένων] για τον εντοπισμό [[Αρωματικοί υδρογονάνθρακες|πολυκλικών αρωματικών υδρογονανθράκων]] ('''''P'''olycyclic '''A'''romatic '''H'''ydrocarbons, '''PAHs''''') στο σύμπαν. Περισσότερο από το 20% του άνθρακα του σύμπαντος ίσως να σχετίζεται με PAHs, που είναι σύνθετοι υδρογονάνθρακες χωρίς οξυγόνο.<ref>{{cite news|url=http://scitechdaily.com/online-database-tracks-organic-nano-particles-across-universe/|title=Online Database Tracks Organic Nano-Particles Across the Universe|date=February 24, 2014|work=Sci Tech Daily|accessdate=2015-03-10}}</ref> Αυτές οι ενώσεις αποτελούν (κεντρικό) θέμα της αποκαλούμενης παγκόσμιας υπόθεσης πολυκυκλικών αρωματικών υδρογονανθράκων (''PAH world hypothesis''), σύμφωνα με την οποία υποτίθεται ότι έπαιξαν ρόλο στην [[αβιογένεση]] και στον σχηματισμό ζωής στο σύμπαν. Οι πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες φαίνεται να συντέθηκαν 2 δισεκατομμύρια χρόνια ύστερα από τη [[Μεγάλη Έκρηξη]] και διασκορπίστηκαν σε όλο το σύμπαν και σχετίζονται με τον [[Αστρογένεση|σχηματισμό νέων άστρων]] και με τους [[Εξωηλιακός πλανήτης|εξωπλανήτες]].<ref name="NASA-20140221">{{cite web|url=http://www.nasa.gov/ames/need-to-track-organic-nano-particles-across-the-universe-nasas-got-an-app-for-that/|title=Need to Track Organic Nano-Particles Across the Universe? NASA's Got an App for That|last=Hoover|first=Rachel|date=21 February 2014|accessdate=2014-02-22|work=[[NASA]]|archive-date=2020-05-10|archive-url=https://web.archive.org/web/20200510124801/https://www.nasa.gov/ames/need-to-track-organic-nano-particles-across-the-universe-nasas-got-an-app-for-that/|url-status=}}</ref>

Εκτιμήθηκε ότι το στερεό τμήμα της Γης περιέχει άνθρακα σε μέση συγκέντρωση 730 ppm, με 2.000 ppm στον [[Γη|πυρήνα]] και 120 ppm συνολικά στον [[Μανδύας (γεωλογία)|μανδύα]] και τον [[Γήινος φλοιός|φλοιό]] του [[Πλανήτης|πλανήτη]].<ref>William F McDonough [http://quake.mit.edu/hilstgroup/CoreMantle/EarthCompo.pdf The composition of the Earth] in {{cite book|title=Earthquake Thermodynamics and Phase Transformation in the Earth's Interior|date=2000|isbn=978-0126851854}}</ref> Εφόσον η μάζα της Γης (εκτιμήθηκε σε) 5.972·10<sup>24</sup> [[Χιλιόγραμμο|kg]], τα συνολικά αποθέματα άνθρακα του πλανήτη ανέρχονται σε 4.360 [[Τόνος (μονάδα μέτρησης)|πετατόνους]]. Η ποσότητα αυτή είναι πολύ μεγαλύτερη από την (εκτιμώμενη) ποσότητα άνθρακα στους [[Ωκεανός|ωκεανούς]] ή την ατμόσφαιρα του πλανήτη (δείτε παρακάτω).

Στον συνδυασμό άνθρακα και οξυγόνου στο διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας της Γης περιέχονται (συνολικά) περίπου 810 δισεκατομμύρια τόνοι άνθρακα, ενώ στο διαλυμένο (διοξείδιο του άνθρακα) στα υδάτινα σώματα (ωκεανοί κ.τ.λ.) περιέχονται (συνολικά) περίπου 36 τρισεκατομμύρια τόνοι άνθρακα. Ακόμη, περίπου 1,9 τρισεκατομμύρια τόνοι άνθρακα περιέχονται στη [[βιόσφαιρα]]. Τα ορυκτά ανθρακούχα κοιτάσματα (κάρβουνο, πετρέλαιο και φυσικό αέριο) περιέχουν γύρω στα 900 δισεκατομμύρια τόνους άνθρακα. Ειδικότερα στα κοιτάσματα πετρελαίου περιέχονται περίπου 150 δισεκατομμύρια τόνοι άνθρακα. Στα βεβαιωμένα κοιτάσματα φυσικού αερίου περιέχονται περίπου άλλοι 105 δισεκατομμύρια τόνοι άνθρακα, αλλά εκτιμάται ότι υπάρχουν επίσης 900 δισεκατομμύρια τόνοι άνθρακα στα μη βεβαιωμένα (ακόμη) κοιτάσματα φυσικού αερίου, συμπεριλαμβανομένου και του [[σχιστόλιθος|σχιστολιθικού]] φυσικού αερίου. Ειδικότερα, στα τελευταία (δηλαδή στα κοιτάσματα σχιστολιθικού φυσικού αερίου) περιέχονται περίπου 540 δισεκατομμύρια τόνοι άνθρακα<ref>"Wonderfuel: Welcome to the age of unconventional gas" by Helen Knight, New Scientist, 12 June 2010, pp. 44–7.</ref>. Άνθρακας παγιδεύθηκε επίσης στους [[Μεθάνιο|μεθανυδρίτες]] των πολικών περιοχών και υποθαλάσσια. Έγιναν διάφορες εκτιμήσεις για τη συνολική ποσότητα άνθρακα που αντιπροσωπεύουν τα κοιτάσματα αυτά, που κυμαίνονται μεταξύ 500 και 3.000 δισεκατομμυρίων τόνων<ref>Ocean methane stocks 'overstated', BBC, 17 Feb. 2004.</ref><ref>"Ice on fire: The next fossil fuel" by Fred Pearce, New Scientist, 27 June 2009, pp. 30-33.</ref>. Στο παρελθόν οι ποσότητες των ορυκτών [[Υδρογονάνθρακες|υδρογονανθράκων]] ήταν μεγαλύτερες. Σύμφωνα με μια πηγή, στη χρονική περίοδο μεταξύ [[1751]] και [[2008]] καταναλώθηκαν περίπου 347 δισεκατομμύρια τόνων ορυκτού άνθρακα και εκλύθηκαν στην ατμόσφαιρα με τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα από τις καύσεις των [[Ορυκτά καύσιμα|ορυκτών καυσίμων]]<ref>Calculated from file global.1751_2008.csv in [1] from the Carbon Dioxide Information Analysis Center.</ref>. Ωστόσο, μια άλλη πηγή υπολογίζει την ποσότητα άνθρακα που προστέθηκε στην ατμόσφαιρα από το [[1750]] σε 879 δισεκατομμύρια τόνους, ενώ συνολικά κατέληξαν στην ατμόσφαιρα, στη θάλασσα και στη γη (σε τυρφώνες) σχεδόν 2 τρισεκατομμύρια τόνοι άνθρακα<ref>Rachel Gross (Sept. 21, 2013). "Deep, and dank mysterious". New Scientist: 40–43.</ref>.

Ο άνθρακας είναι ένα κύριο συνθετικό σε πολύ μεγάλες μάζες ανθρακούχων [[πέτρωμα|πετρωμάτων]] (που περιλαμβάνουν [[ασβεστόλιθος|ασβεστόλιθο]], [[δολομίτης|δολομίτη]], [[μάρμαρο]], κ.ά.). Ο [[γαιάνθρακας]] είναι η μεγαλύτερη εμπορική πηγή ορυκτού άνθρακα, μετρώντας για περίπου 9 τρισεκατομμύρια τόνους άνθρακα ή το 80% του ορυκτού καύσιμου άνθρακα<ref>Kasting, James (1998). "The Carbon Cycle, Climate, and the Long-Term Effects of Fossil Fuel Burning". Consequences: the Nature and Implication of Environmental Change 4 (1).</ref>. Είναι επίσης ένα πολύ πλούσιο σε άνθρακα υλικό, αφού για παράδειγμα ο [[ανθρακίτης]] περιέχει 92–98% άνθρακα<ref>Stefanenko, R. (1983). Coal Mining Technology: Theory and Practice. Society for Mining Metallurgy. ISBN 0-89520-404-5.</ref>.

Όσο για τις ανεξάρτητες αλλομορφές άνθρακα, ο γραφίτης βρίσκεται σε μεγάλες ποσότητες στις [[ΗΠΑ]] (κυρίως στις πολιτείες της [[Νέα Υόρκη|Νέας Υόρκης]] και του [[Τέξας]]), στη [[Ρωσία]], στο [[Μεξικό]], στη [[Γροιλανδία]] και στην [[Ινδία]]. Τα φυσικά διαμάντια βρίσκονται σε πέτρωμα [[κιμπερλίτης|κιμπερλίτη]], που βρίσκεται σε αρχαίους [[ηφαίστειο|ηφαιστειακούς]] «λαιμούς» ή «σωλήνες». Τα μεγαλύτερα αποθέματα διαμαντιού βρίσκονται στην [[Αφρική]], περισσότερο στη [[Νότια Αφρική]], στη [[Ναμίμπια]], στην [[Μποτσουάνα]], στη [[Δημοκρατία του Κονγκό]] και στη [[Σιέρα Λεόνε]]. Υπάρχουν επίσης αποθέματα διαμαντιού στο [[Αρκάνσας]], στον [[Καναδάς|Καναδά]], στη Ρωσική Αρκτική, στη [[Βραζιλία]], καθώς και στη Βόρεια και Δυτική [[Αυστραλία]]. Διαμάντια έχουν επίσης ανακαλυφθεί στον ωκεάνιο πυθμένα του [[Ακρωτήριο της Καλής Ελπίδος|Ακρωτηρίου της Καλής Ελπίδος]]. Ωστόσο, εκτός από τα φυσικά διαμάντια, περίπου το 30% όλων των βιομηχανικά χρησιμοποιούμενων διαμαντιών στις ΗΠΑ είναι πλέον συνθετικά.

Ο [[άνθρακας-14]] σχηματίζεται στα ανώτερα στρώματα της [[τροπόσφαιρα]]ς και στη [[στρατόσφαιρα]], σε υψόμετρα 9 - 15 [[χιλιόμετρο|χιλιομέτρων]], με μια αντίδραση που ενεργοποιείται από τις [[κοσμικές ακτίνες]], και σταδιακά καθιζάνει<ref>Carbon-14 formation.</ref>. Παράγονται θερμικά [[νετρόνιο|νετρόνια]] που συγκρούονται με πυρήνες [[άζωτο-14|αζώτου-14]] και σχηματίζουν άνθρακα-14 και ένα [[πρωτόνιο]]:
<div style='text-align: center;'>
<math>
\mathrm{{}^{14}_{\; 7}N + {}^1_0n \xrightarrow{} {}^{14}_{\; 6}C + {}^1_1H}
</math>
</div>

=== Ισότοπα ===

{{Κύριο|Ισότοπα του άνθρακα}}
Τα [[ισότοπο|ισότοπα]] του άνθρακα έχουν ατομικό πυρήνα που περιέχει έξι (6) πρωτόνια και επιπλέον έναν αριθμό νετρονίων, που κυμαίνονται από 2 - 16. Ο άνθρακας έχει δύο (2) σταθερά φυσικά ισότοπα<ref name="isotopes"/>: 
# Το ισότοπο <sup>12</sup>C, που αποτελεί το 98,93% του άνθρακα στη Γη.
# Το ισότοπο <sup>13</sup>C, που αποτελεί το υπόλοιπο 1,07%<ref name="isotopes"/>.

Η ισοτοπική συγκέντρωση του <sup>12</sup>C αυξάνεται σε βιολογικά υλικά, επειδή οι βιοχημικές αντιδράσεις είναι (σχετικά) εκλεκτικές εναντίον της χρήσης του <sup>13</sup>C. Το [[1961]], η IUPAC υιοθέτησε το ισότοπο <sup>12</sup>C ως πρότυπο για την [[ατομική μονάδα μάζας]], ορίζοντάς την στο 1/12 της ισοτοπικής μάζας του <sup>12</sup>C<ref>"Official SI Unit definitions". Retrieved 2007-12-21.</ref>. Η ταυτοποίηση του άνθρακα σε πειράματα, με χρήση [[φασματοσκοπία]]ς NMR, γίνεται χάρη στο ισότοπο <sup>13</sup>C<ref>Gannes, Leonard Z.; Del Rio, Carlos Martı́nez; Koch, Paul (1998). "Natural Abundance Variations in Stable Isotopes and their Potential Uses in Animal Physiological Ecology". Comparative Biochemistry and Physiology – Part A: Molecular & Integrative Physiology 119 (3): 725–737. doi:10.1016/S1095-6433(98)01016-2.</ref>.

Ο [[άνθρακας-14]] (<sup>14</sup>C) είναι ένα φυσικό [[ραδιενέργεια|ραδιοϊσότοπο]] του άνθρακα που υπάρχει σε ίχνη στη Γη, μέχρι το 1 ppt, ο περισσότερος περιορίζεται στην ατμόσφαιρα και σε επιφανειακά αποθέματα, κυρίως τύρφης και άλλων οργανικών υλικών<ref>Brown, Tom (March 1, 2006). "Carbon Goes Full Circle in the Amazon". Lawrence Livermore National Laboratory. Retrieved 2007-11-25.</ref>. Το ισότοπο αυτό διασπάται με εκπομπή β<sup>-</sup> ισχύος 158 keV. Εξαιτίας της σχετικά μικρής [[ημιζωή]]ς του, που ανέρχεται σε 5.730 έτη, ο <sup>14</sup>C ουσιαστικά απουσιάζει από αρχαία πετρώματα, αλλά σχηματίζεται μεταξύ άνω τροπόσφαιρας και κάτω στρατόσφαιρας με την επίδραση των κοσμικών ακτίνων στο ατμοσφαιρικό άζωτο<ref>Bowman, S. (1990). Interpreting the past: Radiocarbon dating. British Museum Press. ISBN 0-7141-2047-2.</ref>. Η (σχετική) αφθονία του <sup>14</sup>C είναι σχετικά σταθερή στην ατμόσφαιρα και στους ζωντανούς οργανισμούς, αλλά μειώνεται προβλέψιμα σε πτώματα. Αυτή η ιδιότητα αξιοποιείται από τη λεγόμενη [[ραδιοχρονολόγηση|ραδιοχρονολόγηση με άνθρακα-14]], που εφευρέθηκε το [[1949]], και που εφαρμόστηκε εκτενώς για τον καθορισμό της ηλικίας ανθρακούχων υλικών, μέχρι περίπου 40.000 έτη<ref>Libby, W. F. (1952). Radiocarbon dating. Chicago University Press and references therein.</ref><ref>Westgren, A. (1960). "The Nobel Prize in Chemistry 1960". Nobel Foundation. Retrieved 2007-11-25.</ref>.

Ακόμη, υπάρχουν [[15 (αριθμός)|15]] γνωστά βραχύβια ισότοπα του άνθρακα, από τα οποία ο <sup>8</sup>C διασπάται μέσω εκπομπής πρωτονίου και α-διάσπασης με ημιζωή 1,98739·10<sup>−21</sup> [[δευτερόλεπτο|s]]<ref>Use query for carbon-8". barwinski.net. Retrieved 2007-12-21.</ref>. Ο «εξωτικός» <sup>19</sup>C εμφανίζει έναν πυρήνα [[αλογόνα|αλογόνου]], που σημαίνει ότι η ακτίνα του είναι σημαντικά μεγαλύτερη από αυτή που θα αναμενόταν, αν ο πυρήνας ήταν μια σφαίρα με σταθερή πυκνότητα<ref>Watson, A. (1999). "Beaming Into the Dark Corners of the Nuclear Kitchen". Science 286 (5437): 28–31. doi:10.1126/science.286.5437.28.</ref>.

=== Σχηματισμός στα άστρα ===

{{Κύριο|Διεργασία 3α}}
{{Κύριο|Κύκλος CNO}}

Ο σχηματισμός του ατομικού πυρήνα του άνθρακα απαιτεί μια σχεδόν ταυτόχρονη σύγκρουση τριών (3) [[σωματίδιο άλφα|σωματιδίων α]] (δηλαδή πυρήνων [[ήλιο|ηλίου]]) μέσα στον πυρήνα ενός [[γίγαντας αστέρας|γιγάντιου]] ή [[Υπεργίγαντας|υπεργιγάντιου]] [[Αστέρας|άστρου]], μια διαδικασία που είναι γνωστή ως [[διεργασία 3α]] (''triple-alpha process''), καθώς τα προϊόντα επιπλέον [[Πυρηνική σύντηξη|αντιδράσεων πυρηνικής σύντηξης]] ηλίου με υδρογόνο ή δύο πυρήνων ηλίου παράγουν αντίστοιχα λίθιο-5 και βηρύλλιο-8, που και τα δυο είναι πολύ ασταθή και διασπώνται σχεδόν ακαριαία πίσω σε μικρότερους πυρήνες<ref>Audi, G; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra, A.H. (1997). "The Nubase evaluation of nuclear and decay properties". Nuclear Physics A 624: 1. Bibcode:1997NuPhA.624....1A. doi:10.1016/S0375-9474(97)00482-X.</ref>. Η τριπλή αυτή σύγκρουση συμβαίνει σε θερμοκρασίες πάνω από 100 εκατομμύρια Κέλβιν και (σχετικά υψηλή) συγκέντρωση πυρήνων ηλίου, δηλαδή συνθήκες που η ταχεία επέκταση και ψύξη του πρωτοσύμπαντος έκαναν απαγορευτικές. Γι' αυτό δεν σχηματίστηκε σημαντική ποσότητα άνθρακα κατά τη [[Μεγάλη Έκρηξη]]. Αντίθετα, τα εσωτερικά των άστρων επέτρεψαν σε οριζόντιο κλάδο τη μετατροπή τριών (3) πυρήνων ηλίου σε πυρήνα άνθρακα, με τη διεργασία 3α<ref>Ostlie, D.A. and Carroll, B.W. (2007). An Introduction to Modern Stellar Astrophysics. Addison Wesley, San Francisco. ISBN 0-8053-0348-0.</ref>. Για να είναι διαθέσιμος για τον σχηματισμό της ζωής όπως την ξέρουμε, αυτός ο άνθρακας πρέπει στη συνέχεια να διασκορπίστηκε στο διάστημα, σε μορφή σκόνης, μάλλον σε εκρήξεις [[Υπερκαινοφανείς αστέρες|σουπερνόβα]], ως μέρος του υλικού που σχηματίζει αργότερα τη δεύτερη, ή και την τρίτη γενιά αστρικών συστημάτων, που έχουν πλανήτες που φτιάχτηκαν (και από αυτήν τη) σκόνη.
<ref>Whittet, D. C. B. (2003). Dust in the Galactic Environment. CRC Press. pp. 45–46. ISBN 0-7503-0624-6.</ref>. Το [[ηλιακό σύστημα]] είναι ένα τέτοιο τρίτης γενιάς αστρικό σύστημα. Άλλοι μηχανισμοί πυρηνικής σύντηξης που συμβαίνουν στα άστρα και σχετίζονται με τον άνθρακα είναι ο [[κύκλος CNO]], στον οποίο ο άνθρακας δρα ως ένας [[καταλύτης]] που επιτρέπει στον κύκλο να συνεχίζεται.

Περιοδικές εκπομπές διαφόρων ισοτοπικών μορφών του μονοξειδίου του άνθρακα (για παράδειγμα <sup>12</sup>CO, <sup>13</sup>CO και <sup>18</sup>CO) είναι ανιχνεύσιμες σε [[χιλιοστόμετρο|υποχιλιοστομετρικό]] εύρος [[μήκος κύματος|μηκών κύματος]], και χρησιμοποιείται στη μελέτη [[αστρονεογέννηση|νεογέννητων άστρων]] (''star formation'') σε [[μοριακό νεφέλωμα|μοριακά νεφελώματα]]<ref>Pikelʹner, Solomon Borisovich (1977). Star formation. Springer. pp. 38–. ISBN 978-90-277-0796-3. Retrieved 2011-06-06.</ref>.

=== Ο κύκλος του άνθρακα ===

{{Κύριο|Κύκλος του άνθρακα}}
[[Αρχείο:Carbon cycle-cute diagram.svg|thumb|300px|Διάγραμμα του «κύκλου του άνθρακα»: Οι μαύροι αριθμοί δείχνουν πόσος άνθρακας αποθηκεύτηκε σε διάφορες «δεξαμενές», σε δισεκατομμύρια τόνους (το «GtC» αντιπροσωπεύει γιγατόνους άνθρακα, με υπολογισμούς γύρω στο [[2004]]). Οι πορφυροί αριθμοί δείχνουν πόσος άνθρακας μετακινήθηκε μεταξύ των δεξαμενών άνθρακα ανά έτος. Τα ιζήματα, όπως καθορίζονται στο διάγραμμα αυτό, δεν περιλαμβάνουν τους περίπου 70 τετράκις εκατομμύρια τόνους άνθρακα σε ανθρακούχα πετρώματα και [[κηροζίνη σχιστολίθων]] (''Kerogen in sedimentary rocks'').]]

Στις γήινες συνθήκες, η μετατροπή ενός χημικού στοιχείου σε ένα άλλο είναι πολύ σπάνια. Γι' αυτό, η ποσότητα του άνθρακα στη Γη είναι ουσιαστικά σταθερή. Έτσι, διεργασίες που χρησιμοποιούν άνθρακα πρέπει να τον λάβουν από κάπου, και να αποθέσουν το προϊόν της διεργασίας κάπου αλλού. Οι διαδρομές που ακολουθεί ο άνθρακας μέσα στο (γήινο) περιβάλλον σχηματίζουν τον λεγόμενο [[κύκλος του άνθρακα|κύκλο του άνθρακα]] (''carbon cycle''), μια διεργασία φυσικής [[ανακύκλωση]]ς του γήινου άνθρακα. Για παράδειγμα, τα [[φυτά]] απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα και το χρησιμοποιούν για να παράγουν [[βιομάζα]], με τη διεργασία της [[αναπνοή του άνθρακα|αναπνοής άνθρακα]] (''carbon respiration'') ή τον [[κύκλος του Κάλβιν|κύκλο του Κάλβιν]] (''Calvin cycle''), μια διεργασία [[δέσμευση του άνθρακα|δέσμευσης του άνθρακα]]. Κάποια από αυτήν τη βιομάζα (των φυτών) καταναλώνεται από τα [[ζώα]], όπου κάποια ποσότητα από αυτόν τον άνθρακα εκπνέεται από αυτά τα ζώα ως διοξείδιο του άνθρακα. Ο κύκλος του άνθρακα είναι σημαντικά πιο πολύπλοκος από αυτόν τον μικρό κύκλο: Για παράδειγμα, κάποια ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα διαλύεται στους ωκεανούς. Τα νεκρά φυτά και ζώα μπορεί να καταναλωθούν από βακτήρια ή και να μετατραπούν σε πετρέλαιο ή γαιάνθρακα, που μπορούν να καούν και να απελευθερώσουν διοξείδιο του άνθρακα<ref>Falkowski, P; Scholes, RJ; Boyle, E; Canadell, J; Canfield, D; Elser, J; Gruber, N; Hibbard, K et al. (2000). "The Global Carbon Cycle: A Test of Our Knowledge of Earth as a System". Science 290 (5490): 291–296. Bibcode:2000Sci...290..291F. doi:10.1126/science.290.5490.291. PMID 11030643.</ref><ref>Smith, T. M.; Cramer, W. P.; Dixon, R. K.; Leemans, R.; Neilson, R. P.; Solomon, A. M. (1993). "The global terrestrial carbon cycle". Water, Air, & Soil Pollution 70: 19–37. doi:10.1007/BF01104986.</ref>.

== Χημικές ενώσεις του άνθρακα ==

{{Κύριο|Χημικές ενώσεις του άνθρακα}}

=== Οργανικές ενώσεις ===

[[Αρχείο:Methane-2D-stereo.svg|thumb|left|150px|Μοριακός τύπος του [[μεθάνιο|μεθανίου]], της απλούστερης δυνατής οργανικής ένωσης]].
[[Αρχείο:Auto-and heterotrophs.png|thumb|300px|Σύνδεση μεταξύ του κύκλου του άνθρακα και του σχηματισμού οργανικών ενώσεων (στη φύση): Στα φυτά το διοξείδιο του άνθρακα ενώνεται με το νερό μέσω της [[φωτοσύνθεση]]ς, για να σχηματίσει οργανικές ενώσεις (αρχικά [[υδατάνθρακες|σάκχαρα]]), που χρησιμοποιούνται τόσο από τα ίδια τα φυτά, όσο και από τα ζώα που τα τρώνε.]]

Ο άνθρακας έχει την ικανότητα να σχηματίζει πολύ μακριές αλυσίδες με δεσμούς C-C. Αυτή η ιδιότητα ονομάζεται [[αλυσοποίηση]] (''catenation''). Οι δεσμοί C-C είναι ισχυροί και σταθεροί. Αυτή η ιδιότητα επιτρέπει στον άνθρακα να μπορεί να σχηματίσει ένα σχεδόν άπειρο αριθμό πιθανών ενώσεων. Στην πραγματικότητα, οι γνωστές ανθρακούχες ενώσεις είναι περισσότερες από τις ενώσεις όλων των υπόλοιπων χημικών στοιχείων, εκτός από αυτές του υδρογόνου, γιατί οι περισσότερες [[οργανικές ενώσεις]] περιέχουν υδρογόνο.

Η απλούστερη μορφή οργανικών ενώσεων είναι οι [[υδρογονάνθρακες]], μια μεγάλη οικογένεια οργανικών ενώσεων που περιέχουν μόνο άνθρακα και υδρογόνο. Το μήκος της ανθρακικής αλυσίδας, η ύπαρξη διακλαδώσεων και [[χαρακτηριστικές ομάδες|λειτουργικών ομάδων]] επηρεάζουν τις ιδιότητες των οργανικών ενώσεων.

Ο άνθρακας υπάρχει σε όλες τις γνωστές μορφές ζωής και είναι η βάση της [[οργανική χημεία|Οργανικής Χημείας]]. Όταν οι ανθρακικές αλυσίδες ενώνονται με άτομα υδρογόνου σχηματίζονται οι διάφοροι υδρογονάνθρακες, που είναι σημαντικοί για τη [[βιομηχανία]], ως ψυκτικά υγρά για [[ψυγείο|ψυγεία]], ως [[λιπαντικό|λιπαντικά]], ως [[διάλυμα|διαλύτες]], ως πρόδρομες χημικές ουσίες για την παραγωγή [[πλαστικό|πλαστικών]] και άλλων [[πετροχημικά προϊόντα|πετροχημικών προϊόντων]], καθώς και ως [[καύσιμο|καύσιμα]].

Όταν συνδυάζονται άνθρακας, υδρογόνο και οξυγόνο, μπορούν να σχηματιστούν σημαντικές βιολογικές χημικές ενώσεις, που περιλαμβάνουν [[υδατάνθρακες|σάκχαρα]], [[λιγνάνες]], [[Χιτίνη|χιτίνες]], [[αλκοόλες]], [[λίπη]], [[εστέρες|αρωματικούς εστέρες]], [[καροτενοειδή]] και [[τερπένια]]. Μαζί και με το άζωτο σχηματίζονται [[αλκαλοειδή]], που με την προσθήκη και θείου σχηματίζουν επίσης [[αντιβιοτικά]], [[αμινοξέα]] και [[ελαστικό|λαστιχένια προϊόντα]]. Μαζί και με τον φωσφόρο, τα παραπάνω χημικά στοιχεία (δηλαδή ο άνθρακας, το υδρογόνο, το οξυγόνο, το άζωτο, το θείο και ο φωσφόρος) σχηματίζουν [[DNA]] και [[RNA]], τον χημικό [[Γενετικός κώδικας|γενετικό κώδικα]], τον φορέα της ζωής, καθώς και το [[ATP]], το σημαντικότερο μεταφορέα ενέργειας για όλα τα ζωντανά [[Κύτταρο|κύτταρα]].

=== Ανόργανες ενώσεις ===

Συνήθως ανθρακούχες ενώσεις που σχετίζονται με ορυκτά ή που δεν περιλαμβάνουν υδρογόνο ούτε φθόριο, έχουν μεταχείριση διαφορετική από τις κλασσικές οργανικές ενώσεις. Ωστόσο ο ορισμός των ανόργανων ενώσεων του άνθρακα δεν είναι άκαμπτος. Περιλαμβάνει τα πιο απλά οξείδια του άνθρακα, δηλαδή το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) και το διοξείδιο του άνθρακα (CO<sub>2</sub>). Το τελευταίο (δηλαδή το διοξείδιο του άνθρακα) ήταν κάποτε κύριο συστατικό της παλαιοατμόσφαιρας της Γης, αλλά είναι δευτερεύον συστατικό της σημερινής ατμόσφαιρας του πλανήτη μας<ref>Levine, Joel S.; Augustsson, Tommy R.; Natarajan, Murali (1982). "The prebiological paleoatmosphere: stability and composition". Origins of Life and Evolution of Biospheres 12 (3): 245–259. Bibcode:1982OrLi...12..245L. doi:10.1007/BF00926894.</ref>. Όταν το διοξείδιο του άνθρακα διαλύεται στο νερό, σχηματίζει το [[ανθρακικό οξύ]] (H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>), αλλά οι περισσότερες ενώσεις με πολλαπλά άτομα οξυγόνου συνδεδεμένα και με απλό δεσμό σε ένα μοναδικό άτομο άνθρακα είναι ασταθείς<ref>Loerting, T. et al. (2001). "On the Surprising Kinetic Stability of Carbonic Acid". Angew. Chem. Int. Ed. 39 (5): 891–895. doi:10.1002/(SICI)1521-3773(20000303)39:5<891::AID-ANIE891>3.0.CO;2-E. PMID 10760883.</ref>. Μέσω αυτού του ενδιάμεσου (δηλαδή του ανθρακικού οξέος) παράγονται ανθρακικά ιόντα (CO<sub>3</sub><sup>2-</sup>), που σταθεροποιούνται μέσω του φαινομένου του συντονισμού ή μεσομέρειας. Κάποια σημαντικά ορυκτά είναι ανθρακικά, όπως ο αξιοσημείωτος [[ασβεστίτης]]. Ο [[διθειάνθρκας]] (CS<sub>2</sub>) είναι παρόμοια (δομικά) ένωση. Το άλλο συνηθισμένο οξείδιο είναι το μονοξείδιο του άνθρακα (CO). Σχηματίζεται με ατελή καύση ανθρακούχων υλικών. Είναι ένα άχρωμο και άοσμο αέριο (στις κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος). Το μόριό του περιέχει έναν τριπλό δεσμό και είναι μέτρια πολικό, με αποτέλεσμα να έχει μια τάση να σχηματίζει ένα μόνιμο δεσμό με την [[αιμογλοβίνη|αιμοσφαιρίνη]], εκτοπίζοντας το οξυγόνο, γεγονός που οδηγεί σε χαμηλότερη ικανότητα οξυγόνωσης του αίματος<ref>Haldane J. (1895). "The action of carbonic oxide on man". Journal of Physiology 18 (5–6): 430–462. PMC 1514663. PMID 16992272.</ref><ref name="Gorman, D. 2003">Gorman, D.; Drewry, A.; Huang, Y. L.; Sames, C. (2003). "The clinical toxicology of carbon monoxide". Toxicology 187 (1): 25–38. doi:10.1016/S0300-483X(03)00005-2. PMID 12679050.</ref>. Τα κυανιούχα ιόντα (CN<sup>-</sup>) έχουν παρόμοια δομή, αλλά συμπεριφέρονται πολύ όμοια με τα ιόντα των [[αλογόνα|αλογόνων]], και γι' αυτό ονομάζονται συχνά «ψευδοαλογόνο». Για παράδειγμα σχηματίζει το [[δικυάνιο]] [(CN)<sub>2</sub>], όμοια με τον σχηματισμό των διατομικών μορίων των στοιχειακών αλογόνων. Μερικά άλλα, λιγότερο συνηθισμένα και (επομένως λιγότερο) γνωστά οξείδια του άνθρακα είναι το [[υποξείδιο του άνθρακα]] (C<sub>3</sub>O<sub>2</sub>)<ref name="Gorman, D. 2003"/>, το ασταθές [[μονοξείδιο του διάνθρακα]] (C<sub>2</sub>O)<ref>Bayes, K. (1961). "Photolysis of Carbon Suboxide". Journal of the American Chemical Society 83 (17): 3712–3713. doi:10.1021/ja01478a033.</ref><ref>Anderson D. J.; Rosenfeld, R. N. (1991). "Photodissociation of Carbon Suboxide". Journal of Chemical Physics 94 (12): 7852–7867. Bibcode:1991JChPh..94.7857A. doi:10.1063/1.460121.</ref>, το [[τριοξείδιο του άνθρακα]] (CO<sub>3</sub>)<ref>Sabin, J. R.; Kim, H. (1971). "A theoretical study of the structure and properties of carbon trioxide". Chemical Physics Letters 11 (5): 593–597. Bibcode:1971CPL....11..593S. doi:10.1016/0009-2614(71)87010-0.</ref><ref>Moll N. G., Clutter D. R., Thompson W. E. (1966). "Carbon Trioxide: Its Production, Infrared Spectrum, and Structure Studied in a Matrix of Solid CO2". Journal of Chemical Physics 45 (12): 4469–4481. Bibcode:1966JChPh..45.4469M. doi:10.1063/1.1727526.</ref>, η [[κυκλοπεντανοπεντόνη]] (C<sub>5</sub>O<sub>5</sub>)<ref name="fatiadi">
 Fatiadi, Alexander J.; Isbell, Horace S.; Sager, William F. (1963). "Cyclic Polyhydroxy Ketones. I. Oxidation Products of Hexahydroxybenzene (Benzenehexol)". Journal of Research of the National Bureau of Standards A: Physics and Chemistry 67A (2): 153–162. doi:10.6028/jres.067A.015.</ref>, η [[κυκλοεξανοεξόνη]] (C<sub>6</sub>O<sub>6</sub>)<ref name="fatiadi"/> και ο [[μελλιτικός ανυδρίτης]] (C<sub>12</sub>O<sub>9</sub>).

Με δραστικά [[μέταλλα]], όπως το [[βολφράμιο]], ο άνθρακας σχηματίζει [[καρβίδια]] (C<sup>4-</sup>) ή [[ακετυλενίδια]] (C<sub>2</sub><sup>2-</sup>) ή και [[κράμα]]τα με υψηλές [[τήξη|θερμοκρασίες τήξης]]. Αυτά τα ανιόντα σχετίζονται επίσης με το [[μεθάνιο]] και το [[αιθίνιο]], που είναι και τα δυο πολύ ασθενή οξέα. Με ηλεκτραρνητικότητα ίση με 2,5<ref>Pauling, L. (1960). The Nature of the Chemical Bond (3rd ed.). Ithaca, NY: Cornell University Press. p. 93. ISBN 0-8014-0333-2.</ref>, ο άνθρακας «προτιμά» να σχηματίζει ομοιοπολικούς δεσμούς. Λίγα καρβίδια, όμως, έχουν ομοιοπολικές δομές, όπως για παράδειγμα το [[καρβίδιο του πυριτίου]] (SiC).

=== Οι οργανομεταλλικές ενώσεις ===

{{Κύριο|Οργανομεταλλική χημεία}}

Ως [[οργανομεταλλικές ενώσεις]] ορίστηκαν οι ενώσεις που περιέχουν τουλάχιστον ένα δεσμό άνθρακα - μετάλλου. Υπάρχει ένα μεγάλο εύρος τέτοιων ενώσεων. Οι κύριες τάξεις τους περιλαμβάνουν απλές [[αλκυλομεταλλικές ενώσεις]], όπως για παράδειγμα ο [[τετραιθυλομόλυβδος]], η²-αλκενοενώσεις, όπως για παράδειγμα το [[άλας Ζάις]] (''Zeise's salt''), τις η³-αλλυλενώσεις, όπως για παράδειγμα το [[δι(αλλυλοπαλλαδιοχλωρίδιο)]], τα [[μεταλλοκένια]], που περιέχουν [[κυκλοπενταδιένιο|κυκλοπενταδιενυλο-]] συναρμωτές, όπως για παράδειγμα το [[φερροκένιο]], και τα [[ενώσεις συναρμογής|καρβενοσύμπλοκα]] των [[μεταβατικά μέταλλα|μεταβατικών μετάλλων]], όπως για παράδειγμα το [[τετρακαρβονυλονικέλιο]], αν και αρκετοί συγγραφείς σχετικών εγχειριδίων θεωρούν ότι οι ενώσεις με το μονοξείδιο του άνθρακα ως συναρμωτή ανήκουν στις καθαρά ανόργανες ενώσεις και όχι στις οργανομεταλλικές.

Παρόλο που είναι κατανοητό ότι ο άνθρακας σχηματίζει αποκλειστικά τέσσερις (4) δεσμούς, έχει αναφερθεί μια ενδιαφέρουσα ένωση που περιέχει ένα [[οκτάεδρο|οκταεδρικό]] άτομο άνθρακα με έξι (6) συναρμοτές: Πρόκειται για το σύμπλοκο [[ιόν|κατιόν]] [(Ph<sub>3</sub>PAu)<sub>6</sub>C]<sup>2+</sup>. Αυτό το φαινόμενο αποδόθηκε στη [[χρυσοφιλία]] των συναρμωτών του [[χρυσός|χρυσού]]<ref>Scherbaum, Franz et al. (1988). ""Aurophilicity" as a consequence of Relativistic Effects: The Hexakis(triphenylphosphaneaurio)methane Dication [(Ph3PAu)6C]2+". Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 27 (11): 1544–1546. doi:10.1002/anie.198815441.</ref>.

== Ιστορία και ετυμολογία ==

[[Αρχείο:Antoine lavoisier.jpg|thumb|upright|left|Ο [[Αντουάν Λωράν Λαβουαζιέ]] (''Antoine Lavoisier'') στα νιάτα του.]]
[[Αρχείο:Carl Wilhelm Scheele from Familj-Journalen1874.png|thumb|upright|Ο [[Καρλ Βίλχελμ Σέελε]] (''Carl Wilhelm Scheele'')]]

Η [[αγγλική γλώσσα|αγγλική]] ονομασία ''carbon'' προέρχεται από τη [[λατινική γλώσσα|λατινική]] ''carbo'', που χρησιμοποιούνταν για τον γαιάνθρακα και τον ξυλάνθρακα<ref>Shorter Oxford English Dictionary, Oxford University Press.</ref>, από την οποία προήλθε επίσης η [[γαλλική γλώσσα|γαλλική]] ''charbon'', που σημαίνει ξυλάνθρακας. Στα [[γερμανική γλώσσα|γερμανικά]], στα [[ολλανδική γλώσσα|ολλανδικά]] και στα [[Δανική γλώσσα|δανικά]] οι ονομασίες για τον άνθρακα είναι ''kohlenstoff'', ''koolstof'' και ''kulstof'', αντιστοίχως, που όλες κυριολεκτικά σημαίνουν «ανθρακούχα ουσία».

Ο άνθρακας ανακαλύφθηκε κατά την [[Προϊστορία]] και ήταν γνωστό στις μορφές της αιθάλης και του ξυλοκάρβουνου από τους παλαιότερους ανθρώπινους [[πολιτισμός|πολιτισμούς]]. Τα διαμάντια ήταν γνωστά πιθανώς από το 2500 π.Χ. στην [[Κίνα]], ενώ ο άνθρακας με τη μορφή του ξυλοκάρβουνου παραγόταν κατά τη [[αρχαία Ρώμη|Ρωμαϊκή Εποχή]] με την ίδια χημεία που παράγεται και σήμερα, δηλαδή με θέρμανση μιας πυραμίδας από ξύλα καλυμμένης με πηλό, για να αποκλειστεί η είσοδος αέρα<ref>Chinese made first use of diamond". BBC News. 17 May 2005. Retrieved 2007-03-21.</ref><ref>van der Krogt, Peter. "Carbonium/Carbon at Elementymology & Elements Multidict". Retrieved 2010-01-06.</ref>.

Το [[1722]], ο [[Ρενέ Αντουάν Φερσώ ντε Ρεωμύρ]] επέδειξε τη μετατροπή του σιδήρου σε χάλυβα μέσω απορρόφησης μιας ουσίας, που τώρα είναι πια γνωστή ως άνθρακας<ref>Ferchault de Réaumur, R-A (1722). L'art de convertir le fer forgé en acier, et l'art d'adoucir le fer fondu, ou de faire des ouvrages de fer fondu aussi finis que le fer forgé (English translation from 1956). Paris, Chicago.</ref>. Το [[1772]], ο [[Αντουάν Λωράν Λαβουαζιέ]] απέδειξε ότι τα διαμάντια είναι μια μορφή άνθρακα, αφού όταν καίγονται δείγματα ξυλοκάρβουνου ή διαμαντιού δεν παράγεται ίχνος υγρασίας και επιπλέον και τα δυο εκλύουν την ίδια ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα, ανά γραμμάριο δείγματος<ref>"Carbon". Canada Connects. Retrieved 2010-12-07.</ref>. Το [[1779]], ο [[Καρλ Βίλχελμ Σέελε]] (''Carl Wilhelm Scheele'') έδειξε ότι ο γραφίτης, που νόμιζαν τότε ότι είναι μια μορφή [[μόλυβδος|μολύβδου]], είναι ομοούσιος με το ξυλοκάρβουνο, αλλά με μια μικρή πρόσμειξη σιδήρου, και ότι έδινε αέριο οξύ (''aerial acid'', όπως ονόμαζε τότε ο ερευνητής το διοξείδιο του άνθρακα) όταν επιδρούσε (στον γραφίτη) με νιτρικό οξύ<ref>Senese, Fred. "Who discovered carbon?". Frostburg State University. Retrieved 2007-11-24.</ref>. Το [[1786]], οι [[Γαλλία|Γάλλοι]] επιστήμονες [[Κλωντ Λουί Μπερτολέ]], [[Γκασπάρ Μονζ]] και [[Αλέξιος-Θεόφιλος Βαντερμόντ|Βαντερμόντ]] επιβεβαίωσαν ότι ο γραφίτης αποτελείται κυρίως από άνθρακα, οξειδώνοντάς τον με τον ίδιο τρόπο που είχε χρησιμοποιήσει ο Λαβουαζιέ για το διαμάντι<ref>Giolitti, Federico (1914). The Cementation of Iron and Steel. McGraw-Hill Book Company, inc.</ref>. Κάποια πρόσμειξη σιδήρου και πάλι απέμεινε, γεγονός που οδήγησε τους Γάλλους ερευνητές επιστήμονες στη σκέψη ότι ο σίδηρος είναι απαραίτητος για τη δομή του γραφίτη. Ωστόσο, στη δημοσίευσή τους πρότειναν την ονομασία ''carbone'' (από το λατινικό ''carbonum'') για το χημικό στοιχείο στον γραφίτη, που σχημάτιζε ένα αέριο όταν καίγονταν ο γραφίτης. Τελικά, ο Λαβουαζιέ περιέλαβε και τον άνθρακα στη λίστα των χημικών στοιχείων στο βιβλίο του το [[1789]]<ref>Senese, Fred (200-09-09). "Who discovered carbon?". Frostburg State University. Retrieved 2007-11-24.</ref>.

Μια ένα αλλομορφή του άνθρακα, το [[φουλερένιο]], ανακαλύφθηκε το [[1985]]<ref>Kroto, H. W.; Heath, J. R.; O'Brien, S. C.; Curl, R. F.; Smalley, R. E. (1985). "C60: Buckminsterfullerene". Nature 318 (6042): 162–163. Bibcode:1985Natur.318..162K. doi:10.1038/318162a0.</ref>, που περιλαμβάνει νανοδομές μορφών όπως οι μπακισφαίρες και οι νανοσωλήνες<ref name="buckyballs"/>. Οι εφευρέτες τους, [[Ρόμπερτ Κερλ]] (''Robert Curl''), [[Χάρρυ Κρότο]] (''Harold Kroto'') και [[Ρίτσαρντ Σμώλυ]] (''Richard Smalley''), έλαβαν το [[Βραβείο Νόμπελ]] Χημείας το [[1996]]<ref>"The Nobel Prize in Chemistry 1996 "for their discovery of fullerenes"". Retrieved 2007-12-21.</ref>. Το αποτέλεσμα των ερευνών τους ανανέωσε το ενδιαφέρον για νέες αλλομορφές και οδήγησε στην ανακάλυψη επιπλέον εξωτικών αλλομορφών, που περιλαμβάνουν τον υαλώδη άνθρακα και τη συνειδητοποίηση ότι ο αποκαλούμενος «άμορφος άνθρακας» δεν είναι τελείως άμορφος<ref name="glassy carbon"/>.

== Παραγωγή ==

=== Γραφίτης ===

{{Κύριο|Γραφίτης}}

Εμπορικά βιώσιμα φυσικά κοιτάσματα γραφίτη υπάρχουν σε πολλά μέρη του πλανήτη μας, αλλά οι πιο σημαντικές οικονομικά πηγές είναι στην [[Κίνα]], στην [[Ινδία]], στη [[Βραζιλία]] και στη [[Βόρεια Κορέα]]. Τα κοιτάσματα γραφίτη είναι [[Μεταμορφωσιγενές πέτρωμα|μεταμορφωσιγενή]]. Βρίσκονται μαζί με [[χαλαζίας|χαλαζία]], [[μαρμαρυγίες]] και [[Άστριοι|άστριους]] σε [[σχιστόλιθος|σχιστόλιθους]], [[Γνεύσιος|γνεύσιους]] και μεταμορφωμένους [[αμμόλιθος|αμμόλιθους]] και [[ασβεστόλιθος|ασβεστόλιθους]], με τη μορφή [[θύλακας ορυκτού|θύλακα]] ή [[φλέβα ορυκτού|φλέβας]], μερικές φορές πάχους ενός μέτρου ή μεγαλύτερο. Κοιτάσματα γραφίτη στην [[Μπορροουντέιλ]] (''Borrowdale''), στο [[Κάμπερλαντ]] (''Cumberland'') της [[Αγγλία]]ς είχαν στην αρχή σημαντικό μέγεθος και καθαρότητα, οπότε μέχρι τον [[19ος αιώνας|19ο αιώνα]] τα [[μολύβι]]α φτιάχνονταν απλά από [[πριόνι|πριονισμένα]] κομμάτια φυσικού γραφίτη σε λωρίδες, πριν κλειστούν μέσα σε ξύλινο πλαίσιο. Σήμερα, μικρότερα κοιτάσματα γραφίτη παίρνονται με σύνθλιψη του πετρώματος και [[επίπλευση]] του γραφίτη, που είναι ελαφρύτερος από το νερό<ref name=USGS>USGS Minerals Yearbook: Graphite, 2009 and Graphite: Mineral Commodity Summaries 2011</ref>.

Υπάρχουν τρεις τύποι φυσικού γραφίτη: Ο «άμορφος», ο «φυλλώδης» ή «κρυσταλλινοφυλλώδης» και η φλέβα ή σβώλος. Ο άμορφος γραφίτης είναι η πιο χαμηλή σε ποιότητα και πιο άφθονη σε ποσότητα. Σε αντίθεση με τους επιστημονικούς όρους, στη [[βιομηχανία]] ο όρος «άμορφος» αναφέρεται στο πολύ μικρό κρυσταλλικό μέγεθος και όχι στην απόλυτη απουσία κρυσταλλικής δομής. Ο άμορφος γραφίτης χρησιμοποιείται για κατώτερης ποιότητας προϊόντα γραφίτη και είναι ο πιο φθηνός γραφίτης. Μεγάλα αποθέματα αυτού του γραφίτη έχουν βρεθεί στην [[Κίνα]], στην [[Ευρώπη]], στο [[Μεξικό]] και στις [[ΗΠΑ]]. Ο φυλλώδης γραφίτης είναι μια λιγότερο συνηθισμένη και υψηλότερης ποιότητας γραφίτης (σε σύγκριση με τον άμορφο). Βρίσκεται σε ξεχωριστές πλάκες που κρυσταλλώθηκαν σε ένα μεταμορφωσιογενές πέτρωμα. Ο φυλλώδης γραφίτης μπορεί να έχει ως και τετραπλάσια οικονομική αξία σε σχέση με τον άμορφος. Οι καλής ποιότητας πλάκες μπορούν να επεξεργαστούν σε «επεκτάσιμο γραφίτη» για πολλές χρήσεις, όπως επιβραδυντικά φλόγας. Κοιτάσματα φυλλώδους γραφίτη έχουν βρεθεί στην [[Αυστρία]], στη [[Βραζιλία]], στον [[Καναδάς|Καναδά]], στην [[Κίνα]], στη [[Γερμανία]] και στη [[Μαδαγασκάρη]]. Οι φλέβες ή σβώλοι γραφίτη είναι ο πιο σπάνιος και πιο ακριβός οικονομικά τύπος φυσικού γραφίτη. Βρίσκεται στις φλέβες με διακοπτόμενες επαφές με στερεούς σβώλους γραφίτη. Το μόνο οικονομικά βιώσιμο κοίτασμα τέτοιου γραφίτη που εξορύσσεται βρίσκεται στη [[Σρι Λάνκα]]<ref name=USGS/>.

Σύμφωνα με τη [[Γεωλογική Επιθεώρηση των ΗΠΑ]] (''USGS''), η παγκόσμια παραγωγή σε φυσικό γραφίτη ήταν 1,1 εκατομμύρια τόνοι το [[2010]], από την οποία η [[Κίνα]] συνεισέφερε 800.000 τόνους, η [[Ινδία]] 130.000 τόνους, η [[Βραζιλία]] 76.000 τόνους, η [[Βόρεια Κορέα]] 30.000 τόνους και ο [[Καναδάς]] 25.000 τόνους. Δεν αναφέρθηκε εξόρυξη φυσικού γραφίτη στις [[ΗΠΑ]], αλλά αντ' αυτού παράχθηκαν το [[2009]] 118.000 συνθετικού γραφίτη, με εκτιμώμενη αξία 998 εκατομμύρια [[δολάριο|δολάρια]]<ref name=USGS/>.

=== Διαμάντια ===

{{Κύριο|Διαμάντι}}

Η αλυσίδα προμήθειας διαμαντιών ελέγχεται από έναν περιορισμένο αριθμό ισχυρών εταιρειών, και η εξόρυξή τους είναι πολύ συγκεντρωμένη σε ένα μικρό αριθμό τοποθεσιών παγκοσμίως.

Μόνο ένα μικρό κλάσμα του υλικού που εξορύσσεται από τα αδαμαντορυχεία αποτελείται από πραγματικά διαμάντια. Το εξόρυγμα συνθλίβεται, αλλά με τρόπο που αποφεύγει την καταστροφή τυχόν μεγάλων διαμαντιών, και επομένως τα υλικά προϊόντα αυτής της «προσεκτικής» σύνθλιψης ταξινομούνται κατά πυκνότητα. Σήμερα, τα διαμάντια εντοπίζονται στο πλούσιο σε διαμάντια κλάσμα πυκνότητας της παραπάνω ταξινόμησης με χρήση [[φθορισμός με ακτίνες Χ|φθορισμού με ακτίνες Χ]]. Μετά τον εντοπισμό τους, τα τελικά στάδια κατάταξης γίνονται χειροποίητα. Πριν γίνει συνηθισμένη η χρήση των [[ακτίνες Χ|ακτίνων Χ]], ο διαχωρισμός γινόταν με [[γράσο|ζώνες γράσου]], εφόσον τα διαμάντια έχουν μεγαλύτερη τάση να κολλάνε στο γράσο από τα υπόλοιπα υλικά που εξορύσσονται αρχικά μαζί τους στο κοίτασμα<ref>Harlow, G. E. (1998). The nature of diamonds. Cambridge University Press. p. 223. ISBN 0-521-62935-7.</ref>.

Ιστορικά, τα διαμάντια ήταν γνωστό ότι βρίσκονται μόνο στα προσχωματικά κοιτάσματα στη νότια [[Ινδία]]<ref>Catelle, W.R. (1911). The Diamond. John Lane Company. Page 159 discussion on Alluvial diamonds in India and elsewhere as well as earliest finds</ref>. Η Ινδία προηγήθηκε στον κόσμο σε εξόρυξη διαμαντιών από τον καιρό της ανακάλυψής τους, περίπου κατά τον [[9ος αιώνας π.Χ.|9ο αιώνα π.Χ.]]<ref>Ball, V. (1881). Diamonds, Gold and Coal of India. London, Truebner & Co. Ball was a Geologist in British service. Chapter I, Page 1</ref> ως τα μέσα του [[18ος αιώνας|18ου αιώνα μ.Χ.]], αλλά η εμπορική δυναμική αυτών των κοιτασμάτων εξαντλήθηκε κατά τα τέλη του 18ου αιώνα και από τότε η Ινδία αντικαταστάθηκε (στην πρώτη θέση παραγωγής διαμαντιών) από τη [[Βραζιλία]], όπου βρέθηκαν για πρώτη φορά διαμάντια εκτός της Ινδίας το [[1725]]<ref>Hershey, J. W. (1940). The Book Of Diamonds: Their Curious Lore, Properties, Tests And Synthetic Manufacture. Kessinger Pub Co. p. 28. ISBN 1-4179-7715-9.</ref>.

Η παραγωγή διαμαντιών από τα κύρια κοιτάσματα ([[κιμπερλίτες]] και [[λαμπροΐτες]]) άρχισε από τη δεκαετία [[1870]], μετά από την ανακάλυψη αδαμαντοφόρων πεδίων στη [[Νότια Αφρική]]. Η παραγωγή αυξήθηκε με τον χρόνο και τώρα υπολογίστηκε ότι μέχρι σήμερα εξορύχτηκαν 4,5 δισεκατομμύρια [[καράτι]]α διαμαντιών<ref name=giasummer2007>Janse, A. J. A. (2007). "Global Rough Diamond Production Since 1870". Gems and Gemology (GIA). XLIII (Summer 2007): 98–119. doi:10.5741/GEMS.43.2.98.</ref>. Περίπου 20% της παραπάνω ποσότητας εξορύχτηκε κατά τα τελευταία [[5 (αριθμός)|5]] χρόνια μόνο, ενώ κατά τα τελευταία [[10 (αριθμός)|10]] χρόνια [[9 (αριθμός)|9]] νέα ορυχεία άρχισαν να παράγουν και [[4 (αριθμός)|4]] επιπλέον ετοιμάζονται να ανοίξουν σύντομα. Τα περισσότερα από αυτά τα ορυχεία εντοπίζονται στον [[Καναδάς|Καναδά]], στη [[Ζιμπάμπουε]], στην [[Ανγκόλα]] και στη [[Ρωσία]]<ref name=giasummer2007/>.

Στις [[ΗΠΑ]], διαμάντια βρέθηκαν στο [[Αρκάνσας]], στο [[Κολοράντο]] και στη [[Μοντάνα]]<ref name=DGemGLorenz>Lorenz, V. (2007). "Argyle in Western Australia: The world's richest diamantiferous pipe; its past and future". Gemmologie, Zeitschrift der Deutschen Gemmologischen Gesellschaft (DGemG) 56 (1/2): 35–40.</ref><ref>"Microscopic diamond found in Montana". The Montana Standard. 2004-10-17. Retrieved 2008-10-10.</ref>. Το [[2004]] έγινε μια ανακάλυψη ενός μικροσκοπικού διαμαντιού στις [[ΗΠΑ]]<ref>Cooke, Sarah (2004-10-19). "Microscopic Diamond Found in Montana". Livescience.com. Archived from the original on 2008-07-05. Retrieved 2008-09-12.</ref>, που οδήγησε τον Ιανουάριο του [[2008]] στην ανακάλυψη σωλήνων κιμπερλίτη σε μια απομακρυσμένη περιοχή της Μοντάνα<ref>Delta News / Press Releases / Publications". Deltamine.com. Archived from the original on 2008-05-26. Retrieved 2008-09-12.</ref>.

Σήμερα, τα πιο βιώσιμα οικονομικών κοιτάσματα διαμαντιών βρίσκονται στη [[Ρωσία]], στην [[Μποτσουάνα]], στην [[Αυστραλία]] και στο [[Κογκό]]<ref>Marshall, Stephen; Shore, Josh (2004-10-22). "The Diamond Life". Guerrilla News Network. Archived from the original on 2008-06-09. Retrieved 2008-10-10.</ref>. Το [[2005]] παράχθηκε στη Ρωσία περίπου το 1/5 της παγκόσμιας παραγωγής διαμαντιών, σύμφωνα με αναφορές της Βρετανικής Γεωλογικής Επιθεώρησης. Η Αυστραλία έχει τον πλουσιότερο αδαμαντοφόρο σωλήνα με ετήσια παραγωγή που έφθασε στο μέγιστο των 42 [[μετρικός τόνος|μετρικούς τόνους]] στη δεκαετία του [[1990]]<ref name=DGemGLorenz/>. Υπάρχουν ακόμη εμπορικά κοιτάσματα που εξορύσσονται στις Βορειοδυτικές περιοχές του Καναδά, στη [[Σιβηρία]] (κυρίως στη [[Δημοκρατία των Σαχά|Γιακουτία]], για παράδειγμα οι αδαμαντοφόροι σωλήνες Μιρ και Ουντάτσναγια), καθώς και στη Βόρεια και Δυτική Αυστραλία.

== Εφαρμογές ==

[[Αρχείο:Mechanical pencil lead spilling out 051907.jpg|thumb|right|Μύτες μολυβιών για μηχανικά μολύβια φτιαγμένα από γραφίτη (συχνά σε μίξη με άργιλο ή συνθετικό συνδετικό).]]
[[Αρχείο:Charcoal sticks 051907.jpg|left|thumb|Ράβδοι απλού και συμπιεσμένου ξυλοκάρβουνου.]]
[[Αρχείο:Kohlenstofffasermatte.jpg|thumb|left|Ένα ύφασμα υφασμένο από ίνες άνθρακα.]]
[[Αρχείο:SiC p1390066.jpg|thumb|right|Μονοκρύσταλλος καρβιδίου του πυριτίου.]]
[[Αρχείο:C60-Fulleren-kristallin.JPG|thumb|left|Το ''C''<sub>60</sub> φουλερένιο σε κρυσταλλική μορφή.]]
[[Αρχείο:Tungsten carbide.jpg|thumb|right|Εργαλεία από καρβίδιο του βολφραμίου.]]

Ο άνθρακας είναι ζωτικής σημασίας για όλες τις γνωστές μορφές ζωής, δηλαδή χωρίς αυτόν δεν εννοείται ζωή, τουλάχιστον όπως την ξέρουμε (δείτε την [[εναλλακτική βιοχημεία]], για κάποιες υποθετικές αντιρρήσεις). Η κύρια οικονομική χρήση του άνθρακα, πέρα από τη χρήση ανθρακούχων τροφών και της [[ξυλεία]]ς, γίνεται με τη μορφή των [[υδρογονάνθρακες|υδρογονανθράκων]], με μεγαλύτερη έμφαση στα καύσιμα που προέρχονται από το [[φυσικό αέριο]] και το [[πετρέλαιο|αργό πετρέλαιο]]. Το αργό πετρέλαιο χρησιμοποιείται από την [[πετροχημική βιομηχανία]] για την παραγωγή, μεταξύ άλλων, [[βενζίνη]]ς και [[κηροζίνη]]ς, μέσω της διεργασίας της διύλισης, σε [[Διυλιστήριο πετρελαίου|διυλιστήρια]]. Η [[κυτταρίνη]] είναι ένα φυσικό ανθρακούχο πολυμερές που παράγεται από τα [[φυτά]], αν και συνήθως λαμβάνεται από το [[βαμβάκι]], το [[λινάρι]] και την [[κάνναβη]]. Η κυτταρίνη χρησιμοποιείται κυρίως για τη διατήρηση της δομής των φυτών. Υπάρχουν και ζωικής προέλευσης οικονομικώς πολύτιμα φυσικά ανθρακούχα πολυμερή, όπως το [[μαλλί]], το [[κασμίρι (ύφασμα)|κασμίρι]] και το [[μετάξι]]. Τα [[πλαστικό|πλαστικά]] είναι από συνθετικά ανθρακούχα πολυμερή, που συχνά περιέχουν επίσης [[οξυγόνο]], [[άζωτο]] ή και [[αλογόνα]]. Οι πρώτες ύλες για πολλά από αυτά τα συνθετικά υλικά προέρχονται επίσης από το αργό πετρέλαιο.

Οι χρήσεις του άνθρακα και των ενώσεών του είναι εξαιρετικά ποικίλες. Μπορεί να σχηματίσει [[κράμα]]τα με τον [[σίδηρος|σίδηρο]], το πιο συνηθισμένο από τα οποία είναι ο [[χάλυβας]]. Ο γραφίτης, (συχνά) μαζί με [[άργιλος|άργιλο]] και συνθετικά συνδετικά, χρησιμοποιείται για κατασκευή μυτών από [[μολύβι]]α (κοινά και μηχανικά) για [[γραφή|γράψιμο]], [[σχέδιο|σχεδίαση]] και [[ζωγραφική]]. Χρησιμοποιείται επίσης ως ένα λιπαντικό, ως ένα χρώμα βαψίματος, ως ένα υλικό χύτευσης για παραγωγή [[γυαλί|γυαλιού]], για [[ηλεκτρόδιο|ηλεκτρόδια]] σε ξηρές [[μπαταρία|μπαταρίες]] και σε [[ηλεκτροεπιμετάλλωση|ηλεκτροεπικάλυψη]] και [[ηλεκτροδιαμόρφωση]], σε [[ψύκτρα|ψύκτρες]] για [[Ηλεκτρικός κινητήρας|ηλεκτροκινητήρες]] και ως ένας [[επιβραδυντής νετρονίων]] σε [[Πυρηνικός αντιδραστήρας|πυρηνικούς αντιδραστήρες]].

Το ξυλοκάρβουνο χρησιμοποιήθηκε ως ένα υλικό για σχεδίαση στη ζωγραφική, για ψήσιμο (δηλαδή στη [[μαγειρική]]), και για πολλές άλλες χρήσεις, που περιλαμβάνουν την εκκαμίνευση σιδήρου. Το ξύλο, το κάρβουνο και το πετρέλαιο χρησιμοποιήθηκαν ως καύσιμες ύλες για παραγωγή ενέργειας και για θέρμανση χώρων. Τα διαμάντια ποιότητας κοσμήματος χρησιμοποιούνται στην κοσμηματοποιία, ενώ τα βιομηχανικής ποιότητας διαμάντια χρησιμοποιούνται για διάτρηση, κοπή και λείανση εργαλείων, για επεξεργασία μετάλλων και λίθων. Τα πλαστικά γίνονται από ορυκτούς υδρογονάνθρακες και τα [[ανθρακονήματα]] γίνονται με [[πυρόλυση]] συνθετικών [[πολυεστέρας|πολυεστερικών]] νημάτων και χρησιμοποιούνται για την ενίσχυση πλαστικών για την κατασκευή προχωρημένων ελαφρών [[σύνθετο υλικό|σύνθετων υλικών]]. Ακόμη, ανθρακονήματα παράγονται και με πυρόλυση εξωθημένων και τεντωμένων νημάτων [[πολυακρυλονιτρίλιο]]υ (PAN = PolyAcryloNitrile) και άλλων οργανικών ουσιών. Η [[κρυσταλλογραφική δομή]] και οι μηχανικές ιδιότητες των ανθρακονημάτων εξαρτώνται από τον τύπο της πρώτης ύλης, αλλά και από την επακόλουθη επεξεργασία. Τα ανθρακονήματα που γίνονται από PAN έχουν δομή που μοιάζει με στενά φύλλα γραφίτη, αλλά η θερμική επεξεργασία μπορεί να επανοργανώσει τη δομή σε ένα συνεχόμενο ελαστικό φύλλο. Το αποτέλεσμα είναι ανθρακονήματα με υψηλότερη [[σχετική δύναμη εφελκυσμού]] ακόμη και από τον χάλυβα<ref>Cantwell, W. J.; Morton, J. (1991). "The impact resistance of composite materials – a review". Composites 22 (5): 347–62. doi:10.1016/0010-4361(91)90549-V.</ref>.

Η [[αιθάλη]] χρησιμοποιήθηκε ως η μαύρη [[χρωστική]] ουσία του [[μελάνη|μελανιού]] της [[τυπογραφία]]ς, για καλλιτεχνικό [[ελαιόχρωμα]] και για [[υδρόχρωμα|υδροχρώματα]], για [[χαρτί αντιγραφής]] (καρμπόν), για [[φινίρισμα]] [[αυτοκίνητο|αυτοκινήτων]], για [[ινδικό μελάνι]] και για κασέτα [[εκτυπωτής|εκτυπωτή]] [[λέιζερ]]. Η αιθάλη χρησιμοποιήθηκε επίσης ως ένα υλικό πλήρωσης για [[Καουτσούκ|λαστιχένια]] προϊόντα, όπως [[ελαστικός τροχός|ελαστικοί τροχοί]] και σε πλαστικές ενώσεις. Ο [[ενεργός άνθρακας]] χρησιμοποιείται ως ένα [[προσρόφηση|προσροφητικό]] υλικό [[διήθηση]]ς σε εφαρμογές τόσο διαφορετικές μεταξύ τους όπως οι [[αντιασφυξιογόνα μάσκα|αντιασφυξιογόνες μάσκες]], ο [[καθαρισμός νερού]], οι [[απορροφητήρας κουζίνας|απορροφητήρες κουζίνας]] και στην [[ιατρική]] για την απορρόφηση [[Τοξίνες|τοξινών]], [[δηλητήριο|δηλητηρίων]] ή και αερίων από ένα [[πεπτικό σύστημα]]. Ο άνθρακας χρησιμοποιείται για [[χημική αντίδραση|αντιδράσεις]] [[οξειδοαναγωγή|αναγωγής]] σε υψηλές θερμοκρασίες. Ο [[οπτάνθρακας]] χρησιμοποιείται για την αναγωγή σιδηρούχων ορυκτών σε (μεταλλικό) σίδηρο. Η [[βαφή χάλυβα]] επιτυγχάνεται με θέρμανση τελειωμένων χαλύβδινων προϊόντων με σκόνη άνθρακα. Το [[καρβίδιο του πυριτίου]] (SiC), το [[καρβίδιο του βολφραμίου]] (WC), το [[καρβίδιο του βορίου]] (B<sub>4</sub>) και το [[καρβίδιο του τιτανίου]] (TiC) είναι ανάμεσα στα σκληρότερα γνωστά υλικά, και χρησιμοποιούνται ως «δόντια» σε εργαλεία κοπής και λείανσης. Ο [[ρουχισμός]], φυσικές και συνθετικές υφάνσιμες ύλες καθώς και το φυσικό και το συνθετικό [[δέρμα]], περιέχουν ανθρακούχες ουσίες, καθώς και όλες οι εσωτερικές επιφάνειες στο [[οικιστικό περιβάλλον]], εκτός από αυτές που χρησιμοποιούν άλλα υλικά, όπως [[γυαλί]], [[πέτρωμα|πετρώματα]] και [[μέταλλα]].

=== Διαμάντια ===

Η βιομηχανία διαμαντιών μπορεί γενικά να διαχωριστεί σε δυο βασικά διακριτές κατηγορίες: Η μία ασχολείται με τα διαμάντια επιπέδου κοσμηματοποιίας και η άλλη με τα διαμάντια επιπέδου βιομηχανίας. Παρόλο που υπάρχει ένα εκτεταμένο εμπόριο και για τους δυο τύπους διαμαντιών, οι δυο αγορές δρουν με δραματικά διαφορετικούς τρόπους.

Για τα διαμάντια επιπέδου κοσμηματοποιίας, αντίθετα από τα πολύτιμα μέταλλα, όπως ο [[χρυσός]] ή ο [[λευκόχρυσος]], τα διαμάντια κοσμηματοποιίας δεν εμπορεύονται ως ένα (χρηματιστηριακό) προϊόν, γιατί υπάρχει μεν μια σημαντική προσαύξηση στην πώληση διαμαντιών, αλλά δεν υπάρχει μια πολύ ενεργή αγορά για μεταπώληση διαμαντιών.

Η αγορά για τα διαμάντια βιομηχανικού επιπέδου λειτουργεί πολύ διαφορετικά από αυτήν των διαμαντιών κοσμηματοποιίας. Τα βιομηχανικά διαμάντια αξιολογούνται κυρίως με βάση τη σκληρότητα και τη θερμική αγωγιμότητα που έχουν, αγνοώντας αντίστοιχα χαρακτηριστικά που αξιοποιούνται από την κοσμηματοποιία, όπως διαύγεια και χρώμα. Αυτή η διαφορά βοηθά να εξηγηθεί γιατί το 80% των εξορυσσόμενων διαμαντιών (και που αντιστοιχούν περίπου σε 100 εκατομμύρια καράτια ή 20 τόνους ετησίως) είναι ακατάλληλα για την κοσμηματοποιία και είναι γνωστά ως «μακριά» (''bort'') και προορίζονται για βιομηχανική χρήση<ref>Holtzapffel, Ch. (1856). Turning And Mechanical Manipulation. Charles Holtzapffel. Internet Archive</ref>. Επί πρόσθετα στα εξορυσσόμενα διαμάντια, υπάρχουν και τα συνθετικά, που αξιοποιούνται αποκλειστικά σε βιομηχανικές εφαρμογές, σχεδόν αμέσως μετά από την εφεύρεσή τους τη δεκαετία του [[1950]]. Η παραγωγή συνθετικών διαμαντιών υπολογίζεται σε σχεδόν 3 δισεκατομμύρια καράτια (= 600 τόνοι) τον χρόνο, όλα για βιομηχανική χρήση<ref>"Industrial Diamonds Statistics and Information". United States Geological Survey. Retrieved 2009-05-05.</ref>. Η κυρίαρχη βιομηχανική χρήση των διαμαντιών είναι για την κοπή, διάτρηση, λείανση, στίλβωση και γυάλισμα (σκληρών αντικειμένων). Οι περισσότερες από αυτές τις χρήσεις δεν απαιτούν μεγάλα διαμάντια. Στην πραγματικότητα βέβαια, και τα περισσότερα διαμάντια επιπέδου κοσμηματοποιίας θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν και για βιομηχανικές εφαρμογές, ιδιαίτερα τα μικρότερα. Τα περισσότερα βιομηχανικά διαμάντια τοποθετούνται σε τρυπάνια ή λεπίδες πριονιού ή συνθλίβονται σε μια σκόνη για χρήση σε εφαρμογές λείανσης και στίλβωσης<ref>Coelho, R. T.; Yamada, S.; Aspinwall, D.K.; Wise, M.L.H. (1995). "The application of polycrystalline diamond (PCD) tool materials when drilling and reaming aluminum-based alloys including MMC". International journal of machine tools & manufacture 35 (5): 761. doi:10.1016/0890-6955(95)93044-7.</ref>. Ορισμένες εξειδικευμένες εφαρμογές διαμαντιών περιλαμβάνουν εργαστηριακές χρήσεις για [[πειράματα υψηλής πίεσης]] (δείτε για παράδειγμα το [[κελί διαμαντένιου αμονιού]], ''diamond anvil cell''), υψηλής απόδοσης [[έδρανο|έδρανα]] και περιορισμένη χρήση σε εξειδικευμένα [[παράθυρο|παράθυρα]]<ref>Harris, D. C. (1999). Materials for infrared windows and domes: properties and performance. SPIE Press. pp. 303–334. ISBN 0-8194-3482-5.</ref><ref>Nusinovich, G. S. (2004). Introduction to the physics of gyrotrons. JHU Press. p. 229. ISBN 0-8018-7921-3.</ref>. Με τις συνεχιζόμενες προόδους στην παραγωγή συνθετικών διαμαντιών, πιθανές μελλοντικές εφαρμογές τους είναι ως [[ημιαγωγός|ημιαγωγών]] για την κατασκευή [[Ολοκληρωμένο κύκλωμα|μικρολοκληρωμένων κυκλωμάτων]] ή ως ένας [[απαγωγός θερμότητας]] σε [[ηλεκτρονική|ηλεκτρονικά]] συστήματα<ref>Sakamoto, M.; Endriz, J. G.; Scifres, D. R. (1992). "120 W CW output power from monolithic AlGaAs (800 nm) laser diode array mounted on diamond heatsink". Electronics Letters 28 (2): 197–199. doi:10.1049/el:19920123.</ref>.

== Ασφάλεια ==
[[Αρχείο:Worker at carbon black plant2.jpg|thumb|upright|Εργάτης που δούλευε σε εργοστάσιο αιθάλης στο [[Σάνρεϋ]] του [[Τέξας]] των [[ΗΠΑ]] (φωτογραφία από τον Τζων Βαχόν (''John Vachon''), το [[1942]])]]

Ο καθαρός άνθρακας έχει εξαιρετικά μικρή [[τοξικότητα]] για τους ανθρώπους και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ακόμη και να καταπωθεί με ασφάλεια, στις μορφές του γραφίτη και του ξυλοκάρβουνου. Αντιστέκεται στη διάλυση ή σε χημικές προσβολές, ακόμη και στο [[οξύ|όξινο]] περιβάλλον του [[πεπτικό σύστημα|πεπτικού σωλήνα]]. Κατά συνέπεια αν και όταν εισέλθει στους [[Ιστός (βιολογία)|ιστούς]] του ανθρώπινου σώματος πιθανότατα παραμένει εκεί επ 'αόριστον. Η αιθάλη ήταν πιθανότατα μια από τις πρώτες βαφές που χρησιμοποιήθηκαν για [[δερματοστιξία]] και ο [[παγάνθρωπος Ότζι]] (''Ötzi the Iceman'') βρέθηκε να έχει ανθρακούχα δερματοστιξία που έμειναν επάνω του για όλη του τη ζωή και άλλα 5.200 χρόνια μετά τον θάνατό του<ref>Dorfer, Leopold; Moser, M; Spindler, K; Bahr, F; Egarter-Vigl, E; Dohr, G (1998). "5200-year old acupuncture in Central Europe?". Science 282 (5387): 242–243. Bibcode:1998Sci...282..239D. doi:10.1126/science.282.5387.239f. PMID 9841386.</ref>. Ωστόσο, η εισπνοή καρβουνόσκονης ή αιθάλης σε μεγάλες ποσότητες μπορεί να είναι επικίνδυνη, γιατί ερεθίζει τους ιστούς των [[πνεύμονας|πνευμόνων]] και προκαλεί συμφορητική πνευμονοπάθεια ή [[πνευμονοκονίαση των ανθρακωρύχων]]. Ομοίως, η διαμαντόσκονη, που χρησιμοποιείται ως λειαντικό, μπορεί να προκαλέσει βλάβες αν καταπωθεί ή εισπνευθεί. Μικροσωματίδια άνθρακα παράγονται από τις εξατμίσεις κινητήρων ντίζελ και μπορούν να συσσωρευτούν στους πνεύμονες<ref>Donaldson, K; Stone, V; Clouter, A; Renwick, L; MacNee, W (2001). "Ultrafine particles". Occupational and Environmental Medicine 58 (3): 211–216. doi:10.1136/oem.58.3.211. PMC 1740105. PMID 11171936.</ref>. Σε αυτά τα παραδείγματα, όμως, τα βλαβερά αποτελέσματα μπορεί να είναι αποτέλεσμα μόλυνσης των σωματιδίων άνθρακα με οργανικά χημικά ή και βαριά μέταλλα και όχι από τον ίδιο τον άνθρακα.

Ο άνθρακας έχει μικρή τοξικότητα γενικά για όλες σχεδόν τις μορφές [[ζωή]]ς στη Γη, αλλά ωστόσο υπάρχουν κάποια πλάσματα για τα οποία μπορεί ο άνθρακας να είναι πραγματικά τοξικός. Για παράδειγμα, τα νανοσωματίδια άνθρακα είναι θανατηφόρα για τα [[δροσόφιλα]] (''Drosophila'')<ref>Carbon Nanoparticles Toxic To Adult Fruit Flies But Benign To Young ScienceDaily (Aug. 17, 2009)</ref>.

Επίσης, ο άνθρακας μπορεί να καεί ζωηρά και έντονα παρουσία αέρα σε υψηλές θερμοκρασίες, όπως στην [[πυρκαγιά του Γουίντσκεϊλ]] (''Windscale fire''), που προκλήθηκε από την ξαφνική έκλυση [[φαινόμενο Γουίγκνερ|αποθηκευμένης ενέργειας Γουίγκνερ]] (''Wigner energy'') σε πυρήνα γραφίτη. Μεγάλες συγκεντρώσεις άνθρακα, που έχουν παραμείνει αδρανή για εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια, απουσία οξυγόνου, μπορεί αυθόρμητα να αναφλεγούν, αν εκτεθούν στον αέρα, για παράδειγμα σε ένα σε χωματερές ανθρακωρυχείου.

Η μεγάλη ποικιλία των ανθρακούχων ενώσεων περιλαμβάνουν θανατηφόρα δηλητήρια, όπως η [[τετροδοτοξίνη]], η [[λεκτίνες|λεκτίνη]] [[ρυζίνη]] από σπόρους της [[ρετσινολαδιά]]ς, τα [[υδροκυάνιο|κυανιούχα ιόντα]] (CN<sup>-</sup>) και το [[μονοξείδιο του άνθρακα]], αλλά και ενώσεις ζωτικές για τους ζώντες οργανισμούς, όπως η [[γλυκόζη]] και οι [[πρωτεΐνες]].

== Δεσμοί ==
{{Χημικοί δεσμοί με άνθρακα}}

== Δείτε επίσης ==
* [[Περιοδικός πίνακας]]
* [[Χημική ένωση]]
* [[Οργανική χημεία]]
* [[Ομάδα του άνθρακα]]
* [[Χαβινισμός άνθρακα]]
* [[Αποτύπωμα άνθρακα]]
* [[Οικονομία χαμηλού άνθρακα]]
* [[κάρβουνο]]

== Παραπομπές και σημειώσεις ==
<references />

== Πηγές πληροφόρησης ==
* Sargent-Welch Scientific Company.
* http://el.science.wikia.com/wiki/Γραφένιο

== Εξωτερικοί σύνδεσμοι ==
* {{βικιλεξικό-σύντομο}}
* {{commonscat2}}


{{Περιοδικός πίνακας}}
{{Ανόργανες ενώσεις άνθρακα}}
{{Authority control}}

{{DEFAULTSORT:Ανθρακας}}
[[Κατηγορία:Άνθρακας| ]]
[[Κατηγορία:Χημικά στοιχεία]]