Преглед на кода на Въглерод

{{експерт}}
{{Химичен елемент
| вид				=графит – черен и мек<br>диамант – твърд и прозрачен
| картинка			=Graphite-and-diamond-with-scale.jpg
| име				=Въглерод
| вляво				=[[Бор (елемент)|Бор]]
| вдясно			=[[Азот]]
| отгоре			=
| отдолу			=[[Силиций|Si]]
| група				=14
| период			=2
| блок				=p
| серия				=неметал
| серия_коментар		=
| конфигурация			=&#91;[[Хелий|He]]&#93; 2s<sup>2</sup> 2p<sup>2</sup>
| конфигурация_коментар		=
| електрони_на_ниво		=2, 4
| електрони_на_ниво_коментар	=
| CAS_номер			=7440-44-0
| CAS_номер_коментар		=
| атомна_маса			=12,0107
| атомна_маса_коментар		=
| атомен_радиус			=70
| атомен_радиус2		=67
| атомен_радиус_коментар	=
| ковалентен_радиус		=sp<sup>3</sup>: 77
| ковалентен_радиус_коментар	=<br>sp<sup>2</sup>: 73 pm<br>sp: 69 pm
| ван_дер_Ваалс			=170
| ван_дер_Ваалс_коментар	=
| окс_състояния			='''4''', 3,<ref>{{Цитат уеб |уеб_адрес=http://bernath.uwaterloo.ca/media/36.pdf |заглавие=Fourier Transform Spectroscopy of the System of CP |достъп_дата=2018-01-18 |архив_дата=2008-02-16 |архив_уеб_адрес=https://web.archive.org/web/20080216090126/http://bernath.uwaterloo.ca/media/36.pdf }}</ref> '''2''', 1,<ref>{{Цитат уеб |уеб_адрес=http://bernath.uwaterloo.ca/media/42.pdf |заглавие=Fourier Transform Spectroscopy of the Electronic Transition of the Jet-Cooled CCI Free Radical |достъп_дата=2018-01-18 |архив_дата=2008-02-16 |архив_уеб_адрес=https://web.archive.org/web/20080216090130/http://bernath.uwaterloo.ca/media/42.pdf }}</ref> [[Формалдехид|0]], [[Ацетилен|−1]], [[Метанол|−2]], [[Етан|−3]], '''−4'''<ref>{{Цитат уеб |уеб_адрес=http://www.webelements.com/webelements/elements/text/C/comp.html |заглавие=Carbon: Binary compounds}}</ref>
| окс_състояния_коментар	=
| оксид				=CO<sub>2</sub> (слаб киселинен);<br>CO (неутрален)
| оксид_коментар		=
| електроотрицателност		=2,55
| електроотрицателност_коментар =
| йон_потенциал			=1086,5
| йон_потенциал2		=2352,6
| йон_потенциал3		=4620,5
| йон_потенциал4		=6222,7
| йон_потенциал_коментар	=([[Моларни йонизационни енергии на химичните елементи|още]])
| агрегатно			=твърдо вещество
| агрегатно_коментар		=
| алотропи			=[[графит]];<br>[[диамант]];<br>аморфен въглерод;<br>[[фулерен]]
| алотропи_коментар		=
| крист_структура		=шестоъгълна
| крист_структура_коментар	=(графит и фулерен)
| крист_структура2		=кубична октаедрична
| крист_структура_коментар2	=(диамант)
| плътност			={{nowrap|графит: 2267 kg/m<sup>3</sup>}}<br>диамант: 3515
| плътност_коментар		=
| топене_K			=3915
| топене_коментар		=([[сублимация|сублимира]])<ref name=triple2/><ref name=triple3/>
| кипене_K			=
| кипене_коментар		=
| моларен_обем			=5,29×10<sup>-6</sup>
| моларен_обем_коментар		=
| тройна_точка_темп		=4600
| тройна_точка_налягане		=10,8×10<sup>6</sup>
| тройна_точка_коментар		=<ref name=triple2/><ref name=triple3/>
| крит_точка_темп		=
| крит_точка_налягане		=
| крит_точка_коментар		=
| топл_изпарение		=
| топл_изпарение_коментар	=
| топл_топене			=355,8
| топл_топене_коментар		=
| налягане_пара_T1		=
| налягане_пара_T10		=
| налягане_пара_T100		=
| налягане_пара_T1k		=
| налягане_пара_T10k		=
| налягане_пара_T100k		=
| скорост_звук			=диамант: 18 350
| скорост_звук_коментар		=при 20 [[Градус Целзий|°C]]
| топл_капацитет		=710
| топл_капацитет_коментар	=
| електропроводимост		=1,276×10<sup>5</sup>
| електропроводимост_коментар	=(графит)<ref name="ndeed" />
| елсъпротивление		=7,837
| елсъпротивление_коментар	=(графит)<ref name="ndeed">{{Цитат уеб |уеб_адрес=https://www.nde-ed.org/GeneralResources/MaterialProperties/ET/ET_matlprop_Misc_Matls.htm |заглавие=Material Properties – Misc Materials |труд=www.nde-ed.org |достъп_дата=2018-01-18 |архив_дата=2016-08-17 |архив_уеб_адрес=https://web.archive.org/web/20160817183304/https://www.nde-ed.org/GeneralResources/MaterialProperties/ET/ET_matlprop_Misc_Matls.htm }}</ref>
| топлопроводимост		=129
| топлопроводимост_коментар	=
| магнетизъм			=[[диамагнетизъм|диамагнитен]]<ref>[http://www-d0.fnal.gov/hardware/cal/lvps_info/engineering/elementmagn.pdf Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20110303222309/http://www-d0.fnal.gov/hardware/cal/lvps_info/engineering/elementmagn.pdf |date=2011-03-03 }}, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.</ref>
| магнетизъм_коментар		=
| модул_еластичност		=1050
| модул_еластичност_коментар	=(диамант)<ref name="ioffe">[http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/Diamond Properties of diamond], Ioffe Institute Database</ref>
| модул_срязване		=478
| модул_срязване_коментар	=(диамант)<ref name=ioffe/>
| модул_натиск			=442
| модул_натиск_коментар		=(диамант)<ref name=ioffe/>
| коефициент_Поасон		=0,1<ref name=ioffe/>
| коефициент_Поасон_коментар	=
| твърдост_Моос	        	=графит: 1&nbsp;– 2<br>диамант: 10
| твърдост_Моос_коментар	=
| твърдост_Викерс 	        =
| твърдост_Викерс_коментар      =
| твърдост_Бринел		=
| твърдост_Бринел_коментар 	=
| наименование			=
| открит_от			=[[Древен Египет|Древните египтяни]] и [[шумер]]ите<ref>{{Цитат уеб |уеб_адрес=http://www.caer.uky.edu/carbon/history/carbonhistory.shtml |заглавие=History of Carbon and Carbon Materials&nbsp;– Center for Applied Energy Research&nbsp;– University of Kentucky |издател=Caer.uky.edu |достъп_дата=2018-01-18 |архив_дата=2012-11-01 |архив_уеб_адрес=https://web.archive.org/web/20121101085829/http://www.caer.uky.edu/carbon/history/carbonhistory.shtml }}</ref>
| открит_през			=3750 г. пр.н.е.
| изолиран_от			=
| изолиран_през			=
| изотопи			=
{{Химичен елемент/изотоп разпад1|символ=C|масово_число=11|препратка=|честота=[[Синтетичен елемент|синт.]]|период_полуразпад=20 мин.|тип_разпад=[[бета-разпад|β<sup>+</sup>]]|продукт_символ=B|продукт_масово_число=11|препратка1=}}
{{Химичен елемент/изотоп стабилен|символ=C|масово_число=12|препратка=|честота=98,9 %|firstlinks=yes}}
{{Химичен елемент/изотоп стабилен|символ=C|масово_число=13|препратка=|честота=1,1 %|firstlinks=no}}
{{Химичен елемент/изотоп разпад1|символ=C|масово_число=14|препратка=въглерод-14|честота=[[Радиоизотоп|радио]]|период_полуразпад=5730 г.|тип_разпад=β<sup>-</sup>|продукт_символ=N|продукт_масово_число=14|препратка1=}}
| общомедия_ID			=Carbon
| уикиданни_ID			=Q623
}}

'''Въглеродът''' ({{lang|la|Carboneum}}, от латинската дума ''carbo'' – „въглища“; химичен символ '''С''') е [[химичен елемент]] от 14 (или 4А) [[Група на периодичната система|група]], 2 [[Период на периодичната система|период]]. Има пореден номер 6 и [[атомна маса]] 12,0107 [[атомна единица за маса|u]] (средно).

Като член на група 14 от [[Периодична система на елементите|Периодичната система на елементите]], той е [[неметал]] и тетравалентен, като неговите четири електрона се включват в [[ковалентна химична връзка|ковалентни химични връзки]]. Има три естествено срещани [[изотоп]]а, от които два – въглерод-12 (<sup>12</sup>C) и въглерод-13 (<sup>13</sup>C) са стабилни, а третият – въглерод-14 (<sup>14</sup>C) е радиоактивен с време на полуразпад от около 5730 години.<ref name="isotopes">{{Цитат уеб |уеб_адрес=http://www.webelements.com/webelements/elements/text/C/isot.html |заглавие=Carbon&nbsp;– Naturally occurring isotopes |издател=WebElements Periodic Table |достъп_дата=9 октомври 2008}}</ref>

През 2016 г. е потвърдено, че ароматното съединение ''хексаметилбензен'' (молекулна формула C<sub>12</sub>H<sub>18</sub>) съдържа въглероден атом с ''шест'' връзки вместо обичайните четири.<ref>{{Цитат уеб |уеб_адрес=http://cen.acs.org/articles/94/i49/Six-bonds-carbon-Confirmed.html?type=paidArticleContent |заглавие=Six bonds to carbon: Confirmed |фамилно_име=Ritter |първо_име=Stephen K. |издател=Chemical & Engineering News}}</ref>

Въглеродът е един от малкото химични елементи, известни още от [[Античност]]та.<ref>{{Цитат уеб |уеб_адрес=http://www.chemicalelements.com/show/dateofdiscovery.html |заглавие=Periodic Table: Date of Discovery |издател=Chemical Elements.com |достъп_дата=13 март 2007}}</ref><ref name="D2">{{Цитат уеб |уеб_адрес=http://chemistry.about.com/library/das/aa030303a.htm |заглавие=Timeline of Element Discovery |достъп_дата=13 март 2007 }}{{Dead link|date=октомври 2023 |bot=InternetArchiveBot |fix-attempted=yes }}</ref><ref name=":0" />

Въглеродът има няколко [[алотропия|алотропни]] форми, от които най-известните са [[графит]], [[диамант]] и [[аморфен въглерод]].<ref name="therm prop">{{Цитат уеб |уеб_адрес=http://invsee.asu.edu/nmodules/Carbonmod/point.html |заглавие=World of Carbon&nbsp;– Interactive Nano-visulisation in Science &Engineering Education (IN-VSEE) |достъп_дата=9 октомври 2008 |архив_дата=2008-10-05 |архив_уеб_адрес=https://web.archive.org/web/20081005162616/http://invsee.asu.edu/nmodules/Carbonmod/point.html }}</ref> Физическите свойства на въглерода силно зависят от алотропната му форма – например диамантът е много прозрачен, докато графитът е черен и непрозрачен. Диамантът е сред най-твърдите известни материали, докато графитът е толкова мек, че оставя следи върху хартия (оттам и името му – на гръцки „пиша“). Диамантът има много ниска [[електрическа проводимост]] и е [[диелектрик]], докато графитът е много добър [[проводник]] на електрически ток. При [[нормални условия]] диамантът има най-високата [[топлопроводимост]] от всички известни материали. Всички алотропни форми са твърди вещества при нормални условия, но в термодинамично отношение графитът е най-стабилен.

По отношение на химическите им свойства всички алотропни форми на въглерода са стабилни и дори за реакция с [[кислород]]а е необходимо нагряване до висока температура. Най-честата валентност при свързване на въглерода в неорганичните съединения като оксид е +4, но се среща и +2, -4. като например при [[Въглероден монооксид|въглеродния монооксид]] и други карбонилни комплекси. Най-големи запаси от въглерод се съдържат във [[варовик|варовиците]], доломитите и въглеродния диоксид, но значителни количества въглерод има и в органичните находища от [[каменни въглища]], [[торф]], [[нефт]]. Въглеродът образува повече химични съединения от който и да било друг химичен елемент, с повече от 10 милиона описани до днес чисто [[органично съединение|органични съединения]], като това са само малка част от теоретично възможните съединения при стандартни условия.<ref name="lanl">{{Цитат уеб |уеб_адрес=http://periodic.lanl.gov/elements/6.html |заглавие=Carbon |автор=Chemistry Operations |издател=Los Alamos National Laboratory |достъп_дата=9 октомври 2008 |date=15 декември 2003 |архив_дата=2008-09-13 |архив_уеб_адрес=https://web.archive.org/web/20080913063402/http://periodic.lanl.gov/elements/6.html }}</ref>

Наличието на въглерод в [[земната кора]] го нарежда на 15-о място от срещаните в нея елементи, а наличието му във Вселената (като маса) го подрежда на четвърто място след водорода, хелия и кислорода. Той се среща във всички живи организми, а в човешкото тяло той се нарежда на второ място след кислорода по маса (около 18,5%).<ref>{{Цитат уеб |уеб_адрес=http://www.daviddarling.info/encyclopedia/E/elbio.html |заглавие=Biological Abundance of Elements |издател=The Internet Encyclopedia of Science |достъп_дата=9 октомври 2008}}</ref> Това му изобилие в природата, заедно с разнообразието от органични съединения и тяхната необичайна способност да образуват [[полимер]]и при температурите, най-често срещани на Земята, правят от този химически елемент основа на [[живот]]а.

== История ==
Във вид на [[дървени въглища]], дим и [[сажди]], въглеродът е бил известен на човечеството още в праисторията от около 100 хил. години пр. Хр. и името му е свързано с високото му съдържание във въглищата<ref name=":0">{{Cite book |last=Лефтеров |first=Димитър |title=химичните елементи и техните изотопи |year=2015 |publisher=Издателство на БАН „Проф. Марин Дринов“ |isbn=978-954-322-831-7 |pages=58&nbsp;– 67}}</ref> [[Горене]]то на съдържащите въглерод вещества е един от първите химични процеси, заинтригували човека.<ref name=":0" />

[[Диамант]]ите са открити в средата на [[3 хилядолетие пр.н.е.]] в [[Китай]], а в [[Древен Рим]] дървени въглища вече се произвеждат масово.<ref name="ancient_China">{{Cite news |url=http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/4555235.stm |title=Chinese made first use of diamond |date=17 май 2005 |access-date=21 март 2007 |publisher=BBC News}}</ref><ref>{{Цитат уеб |уеб_адрес=http://elements.vanderkrogt.net/element.php?sym=C |заглавие=Carbonium/Carbon at Elementymology & Elements Multidict |автор=Peter van der Krogt |фамилно_име=van der Krogt |първо_име=Peter |достъп_дата=21 декември 2007}}</ref>

През 1722 г. [[Рене-Антоан Реомюр]] показва, че [[желязо]]то се превръща в [[стомана]] чрез поглъщането на веществото, известно днес като въглерод.<ref>{{Cite book |last=Ferchault de Réaumur |first=R-A |title=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) |year=1722 |location=Paris, Chicago |author=R-A Ferchault de Réaumur}}</ref> През 1772 г. [[Антоан Лавоазие]] демонстрира, че диамантите са форма на въглерода, като изгаря проби от въглерод и диамант и установява, че и в двата случая не се получава [[вода]], но се отделя еднакво количество [[въглероден диоксид]] от едно и също количество изходен материал. По-късно [[Карл Вилхелм Шееле]] установява, че [[графит]]ът, смятан дотогава за форма на [[олово]]то, също е разновидност на въглерода.<ref>{{Цитат уеб |уеб_адрес=http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/101/inorganic/faq/discovery-of-carbon.shtml |заглавие=Who discovered carbon? |автор=Senese, Fred |издател=Frostburg State University |достъп_дата=24 ноември 2007}}</ref>

Елементарната природа на въглерода е установена от [[Антоан Лавоазие|Лавоазие]] в края на 1780 г., а през 1787 г. в химичната номенклатура се появява наименованието „carbone“, от латинското „carbo“&nbsp;– въглища. През 1791 г. английският химик Смитсън Тенант първи получил свободен въглерод, пропускайки фосфорни пари над нагрят тебешир.<ref name=":0" /> Получили се фосфат на [[Калций|калция]] и въглерод.<ref name=":0" />

[[Фулерен]]ите, друга алотропна форма на въглерода, открита през 1985 г.,<ref>{{Cite journal |last=H. W. Kroto, J. R. Heath, S. C. O'Brien, R. F. Curl and R. E. Smalley |year=1985 |title=C<sub>60</sub>: Buckminsterfullerene |journal=Nature |volume=318 |pages=162&nbsp;– 163 |doi=10.1038/318162a0 |issn = 0028-0836 }}</ref> включва няколко разновидности, сред които и [[въглеродна нанотръба|въглеродните нанотръби]].<ref name="buckyballs">{{Цитат уеб |уеб_адрес=http://www.ch.ic.ac.uk/local/projects/unwin/Fullerenes.html |заглавие=Fullerenes(An Overview) |автор=Peter Unwin |достъп_дата=8 декември 2007}}</ref> Това откритие предизвиква нов интерес към въглерода и през следващите години са открити нови алотропи, като стъкловъглерода, и е установено, че структурата на аморфния въглерод в действителност не е напълно [[аморфна структура|аморфна]].<ref name="glassy carbon">{{Cite journal |last=PJF Harris |first=PJF |last2=Gallagher |first2=J. G. |last3=Hargreaves |first3=J. S. J. |last4=Harris |first4=P. J. F. |year=2004 |title=Fullerene-related structure of commercial glassy carbons |journal=Philosophical Magazine, 84, 3159&nbsp;– 3167 |volume=116 |pages=122 |doi=10.1007/s10562-007-9125-6}}</ref>

== Физични свойства ==
[[Файл:Carbon basic phase diagram.png|мини|дясно|Теоретична [[фазова диаграма]] на въглерода]]

Въглеродът е с най-висока [[температура на топене]] и температура на [[сублимация]] от всички елементи. Той не се топи при атмосферно налягане, тъй като [[тройна точка|тройната му точка]] е при 10,8 ± 0,2 MPa и 4600 ± 300 K,<ref name="triple2">{{Cite journal |last=Haaland, D |year=1976 |title=Graphite-liquid-vapor triple point pressure and the density of liquid carbon |url=https://archive.org/details/sim_carbon_1976_14/page/357 |journal=Carbon |volume=14 |pages=357 |doi=10.1016/0008&nbsp;– 6223(76)90010&nbsp;– 5}}</ref><ref name="triple3">{{Cite journal |last=Savvatimskiy, A |year=2005 |title=Measurements of the melting point of graphite and the properties of liquid carbon (a review for 1963&nbsp;– 2003) |url=https://archive.org/details/sim_carbon_2005_43_5/page/n228 |journal=Carbon |volume=43 |pages=1115 |doi=10.1016/j.carbon.2004.12.027}}</ref> така че той сублимира при около 3900 K.<ref name="triple">{{Cite journal |last=Greenville Whittaker |first=A. |year=1978 |title=The controversial carbon solid−liquid−vapour triple point |journal=Nature |volume=276 |page=695 |doi=10.1038/276695a0}}</ref><ref>{{Cite news |url=http://lbruno.home.cern.ch/lbruno/documents/Bibliography/LHC_Note_78.pdf |title=On Graphite Transformations at High Temperature and Pressure Induced by Absorption of the LHC Beam |last=J.M. Zazula |access-date=6 юни 2009 |publisher=CERN |year=1997 |archive-date=2009-03-25 |archive-url=https://web.archive.org/web/20090325230751/http://lbruno.home.cern.ch/lbruno/documents/Bibliography/LHC_Note_78.pdf }}</ref>

При запалване на [[електрическа дъга]] температурата на графитните електроди се повишава до около 5800 K и те сублимират. Тоест, независимо от алотропната си форма въглеродът остава в твърдо агрегатно състояние и при най-високите температури, при които започват да се топят [[волфрам]]ът или [[рений|реният]].

Към 2009 г. [[графен]]ът изглежда като най-здравият познат материал.<ref name="lee">{{Cite journal |last=C. Lee |last2=Wei |first2=X |last3=Kysar |first3=JW |last4=Hone |first4=J |year=2008 |title=Measurement of the Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene |url=http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/321/5887/385 |journal=Science |volume=321 |issue=5887 |page=385 |doi=10.1126/science.1157996 |pmid=18635798 |lay-url=http://www.aip.org/isns/reports/2008/027.html |archive-url=https://web.archive.org/web/20080721003951/http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/321/5887/385 |archive-date=2008-07-21 |access-date=2010-09-01 }}</ref> За да може обаче да бъде използван на практика, е необходимо да се развие технологията по получаването му.<ref name="nypost">{{Цитат уеб |уеб_адрес=http://www.nypost.com/seven/08252008/news/regionalnews/toughest_stuff__known_to_man_125993.htm |заглавие=Toughest Stuff Known to Man: Discovery Opens Door to Space Elevator |фамилно_име=Sanderson |първо_име=Bill |издател=nypost.com |достъп_дата=9 октомври 2008 |date=25 август 2008 |архив_дата=2008-09-06 |архив_уеб_адрес=https://web.archive.org/web/20080906171324/http://www.nypost.com/seven/08252008/news/regionalnews/toughest_stuff__known_to_man_125993.htm }}</ref>

=== Алотропни форми ===
Въглеродът съществува в природата основно под три [[Алотропия|алотропни]] форми&nbsp;– [[графит]], [[диамант]] и аморфен въглерод.

Групата на алотропните форми на въглерода покрива доста крайности в свойствата:
{| class="wikitable"
|style="width: 50%;"| Синтетичният диамант под форма на нанокристали е най-твърдият известен материал.
| Графитът е един от най-меките известни материали.
|-
| Диамантът е най-добрият [[абразив]].
| Графитът е отлична суха [[смазка]].
|-
| Диамантът е отличен електрически [[изолатор]].
| Графитът е [[проводник]] на електричество.
|-
| Диамантът има най-добрата [[топлопроводност]] от материалите, срещани в природата
| Някои форми на графита се използват за [[термоизолация]] (например топлинни екрани)
|-
| Диамантът е силно прозрачен.
| Графитът е непрозрачен.
|-
| Диамантът кристализира в кубична [[кристална решетка]].
| Графитът кристализира в хексагонална кристална решетка.
|-
| Аморфният въглерод е напълно [[изотропия|изотропен]] материал.
| Въглеродните нанотръби са сред най-[[анизотропия|анизотропните]] материали, произвеждани някога.
|}

[[Файл:Eight Allotropes of Carbon.svg|мини|300px|ляво|Строеж на различни алотропни форми на въглерода<br>'''a''': [[диамант]], '''b''': [[графит]], '''c''': лонсдейлит<br>'''d''': фулерен&nbsp;– C<sub>60</sub>, '''e''': фулерен C<sub>540</sub>, '''f''': фулерен C<sub>70</sub><br>'''g''':
аморфен въглерод, '''h''': [[въглеродна нанотръба]]]]

* [[Диамант]] (елмаз). Той е рядък [[скъпоценен камък]], най-твърдото естествено вещество. Получава се при високо налягане в [[природа]]та. Има кубична стереоцентрирана атомна [[кристална решетка]] (триизмерен полимер), в която всеки въглероден [[атом]] е свързани със здрави [[ковалентна връзка|ковалентни връзки]] с четири други атома в [[Тетраедър|тетраедри]], всеки от които на разстояние от 1,5 [[ангстрьом|Å]].<ref name=":1">{{Cite book |last=проф. Иванов |first=Иван |last2=доц. Върбанова |first2=Сийка |title=Неорганична химия |year=1974 |publisher=Земезит София |pages=212 – 215}}</ref> Това определя висока твърдост и лоша електропроводимост.<ref name=":1" /> Координационното число на въглеродните атоми е 4, дължащо се на sp<sup>3</sup>-хибридизация.<ref name=":2">{{Cite book |last=Киркова |first=Елена |title=Химия на елементите и техните съединения |year=2013 |publisher=Университетско издателство „Св. Климент Охридски“ |location=София |isbn=978-954-07-3504-7 |pages=176 – 211}}</ref> Здравата въглерод-въглеродна връзка в тези тетраедри определя голямата твърдост на надраскване – той е най-твърдото познато вещество в природата. Чистият диамант е безцветен прозрачен кристал със свойството да пречупва силно светлината. Повечето диаманти са оцветени в различни цветове, като е възможно да са дори черни в зависимост от примесите. Диамантът не е [[Електропроводимост|електропроводим]], но е добър проводник на топлината.<ref name=":0" /> При температура над 1000&nbsp;°C в инертна атмосфера или вакуум диамантът започва да се превръща в графит, без да се топи, отделяйки топлина. В кислородна среда изгаря до CO<sub>2</sub> при 1500&nbsp;°C. В химично отношение има силно изразена [[инертност]]. Не взаимодейства с киселини, основи и метали. Разрушава се само от силни окислители – перхлорати, перманганати, бихромати и др.<ref name=":1" /> Синтез на диамант е постигнат след 1953 г. при ''Р = 300 000 атм., t° = 5000&nbsp;°C'', като за изходен материал е употребен графит.<ref name=":1" />
* [[Графит]]. При обикновени условия това е по-стабилната алотропна форма.<ref name=":1" /> Противоположно на диаманта, графитът се намира в големи количества в природата. Полимерният порядък се разпространява в две направления – плоскост, вместо в триизмерно пространство.<ref name=":0" /> Въглеродът има тази форма при нормални налягания. Всеки въглероден атом е свързан с три други в хексагонална атомна кристална решетка, като формират правилни хексагонални пръстени подобно на ароматните въглеводороди и са разположени на слоеве. Между слоевете има слаби междумолекулни сили, а в рамките на слоевете&nbsp;– делокализирана ковалентна химична връзка. Разстоянието между въглеродните атоми в шестоъгълника е 1,43 Å, а между плоскостите – 3,35 Å.<ref name=":1" /> Тази структура определя свойствата на графита: мек и лесно цепещ се материал поради приплъзването на отделните слоеве. Делокализираната връзка определя добрата проводимост на електрически ток успоредно на слоевете, тъй като електроните образуват облак. Разположението на съседните слоеве е такова, че върховете на шестоъгълниците от един от тях са срещу центровете на шестоъгълниците от двата съседни слоя, като така разположението на слоевете се повтаря през един.<ref name=":0" /> На външен вид графитът е сиво-черно непрозрачно вещество със слаб метален блясък. Много мек, мазен на пипане, трудно топим. При слабо триене върху хартията оставя тъмносива следа. Известна е и трислойна модификация на графита, като тук разположението на слоевете се повтаря през два.<ref name=":0" /> Физичните и химичните свойства на двете модификации са много близки.<ref name=":0" /> Трислойният графит (при някои природни образци съдържанието му достига до 30%), при нагряване от 2000&nbsp;– 3000&nbsp;°C преминава в двуслойна структура.<ref name=":0" /> При раздробяване на графит трислойната му структура се увелича с до 15%.<ref name=":0" /> Температурата на топене на графита при повишено налягане е 3527&nbsp;°C.<ref name=":0" /> При обикновено налягане той сублимира.<ref name=":0" /> Плътността на графита е 2,267 g/cm³. В химично отношение е малко по-реактивоспособен от диаманта.<ref name=":1" /> Изгаря по-лесно до CO<sub>2</sub> и образува карбиди.<ref name=":1" /> При окислението му с концентрирана HNO<sub>3</sub> като краен продукт се получава мелитова киселина C<sub>6</sub>(COOH)<sub>6</sub>.<ref name=":1" />

Алотропните форми графит и диамант могат взаимно да се превръщат една в друга.
* Двумерен вариант на графита се нарича [[графен]], но той се получава по изкуствен път. Състои се от стабилни и здрави двуизмерни структури, разположени в правилни шестоъгълници на хексагонална система.<ref name=":0" /> Разтоянието между атомите е 0,142<ref name=":0" /> нанометра, а хексагоналната клетка има площ от 0,052<ref name=":0" /> квадратни нанометра. Графенът има дебелина 1 атом и изключителни механични и физични свойства. Структурата на паралелните графенови слоеве е същата, като пластовете на графита. Тези графитени структури са били за първи път изолирани до графен с помощта на „скоч“-лента.<ref name=":0" /> Това са успели да направят от учени начело с [[Андре Гейм]] и [[Константин Новосьолов]] от [[Манчестърски университет|Университета в Манчестър]], Англия, съвместно с Института по микроелектроника в [[Черноголовка]] в Русия.<ref name=":0" /> Те изолирали, идентифицирали и изследвали графена. За публикацията си в списание [[Science]] през 2004 г. Гейм и Новоселов получават [[Нобелова награда по физика]] през 2010 г.<ref name=":0" /> Графенът е 100 пъти по-здрав от стоманата и притежава химична свръхрезистентност, свръхстабилност и свръхпроводимост. Поради тези и други негови свойства, графенът е материал на бъдещето, който може да замени силициевите чипове в електрониката и те да бъдат по-бързи.<ref name=":0" /> Тъй като е електропроводим и прозрачен, графенът е подходящ за производство на дактилни дисплеи, осветителни панели и соларни клетки.<ref name=":0" /> Графенови електронни елементи могат да бъдат вградени в тънки, гъвкави, устойчиви, еластични и леки пластмаси.<ref name=":0" />
* Аморфният въглерод представлява съвкупност от въглеродни атоми, които не са подредени в кристална решетка, а по-скоро наподобяват стъкло. На практика това е графит под формата на много дребни кристали с множество дефекти и съдържащи примеси.<ref name=":0" /> Под формата на пудра той е основен компонент на материали като [[дървени въглища]], [[сажди]] и [[активен въглен]]. По-рано аморфният въглерод е смятан за третата алотропна (полиморфна)<ref name=":1" /> форма на въглерода, днес рентгеноструктрно е доказано, че това са само много ситни и неправилно сраснали графитови кристалчета.<ref name=":1" /> Добива се по изкуствен начин.<ref name=":1" /> Важни видове аморфен въглерод са саждите, коксът, дървените и животинските въглища.<ref name=":1" /> Всяка от тези разновидности има своите особености и приложение. Аморфният въглерод е химически най-активен.<ref name=":1" />

Другите форми на въглерода се получават по изкуствен път.

* Преди 80-те години на 20 век е теоретично доказано и впоследствие наблюдавано, че при температури над 1000 К па́рите на всеки химичен елемент, освен въглерода, са или едноатомни, или двуатомни, а само въглеродът образува [[клъстер]]и C<sub>n</sub> с размери в нанометровия диапазон, образувайки куха молекула. При температура 3000– 4000&nbsp;°C е значителен броят на клъстерите с n около 15.<ref name=":0" /> До 1986 г. никой не се е стремял да получи клъстери с n > 20.<ref name=":0" /> През 1985 г. американците Ричард Смоли и Робърт Кърл и британецът Харолд Крото създават заедно нова техника за изследване на въглеродните клъстери, както и метод за получаване на високоплътни клъстерни потоци със свръхзвукова скорост в струя на [[хелий]] и лазерно изпарение на въглерода.<ref name=":0" /> В резултат на изследването станало ясно, че при определени условия на експеримента интензитетът на клъстера C<sub>60</sub> се получава хиляди пъти по-голям от всички останали.<ref name=":0" /> Оказало се, че C<sub>60</sub> е затворена куха фигура, приличаща на футболна топка, голяма 1 нанометър, чиято повърхност се образува от 12 петоъгълника, като около всеки един от тях има по пет шестоъгълника (общо 20 фигури), а около всеки шестоъгълник се редуват петоъгълник и шестоъгълник, а на всеки всеки връх на многоъгълниците има по един въглероден атом. Петоъгълниците са образувани от единични връзки, а при шестоъгълниците се редуват прости и двойни връзки. Молекулата на C<sub>60</sub> във вид на сфероидални клетки, състоящи се от шестоъгълници и несъседни петоъгълници, образуват икосаедри (двайсетстенници). Получили са названието си „[[фулерен]]и“ по името на американския архитект Р. [[Бъкминстър Фулър]], който използвал конструкция с петоъгълници и шестоъгълници, за да затвори сферичната форма на купола на ЕКСПО-60 в Монреал САЩ.<ref name=":0" />

В спектъра по маси са получени и други структури с „магически числа“ 70, 50 и 28 и „полумагически числа“ 20, 24, 32, 36, но всички те са значително по-нестабилни от C<sub>60</sub>. За своето откритие тримата учени – [[Ричард Смоли]], [[Робърт Кърл]] и [[Харолд Крото]], получават [[Нобелова награда по химия]] през 1996 г.<ref name=":0" />

Фулерените се смятат като най-стабилна форма на въглерода, тъй като там атомите са в ''sp<sup>3</sup>''-хибридно състояние.<ref name=":2" />

Някои учени твърдят, че са изолирали отделни фулерени от обикновени сажди. Предполага се, че в околното пространство на въглеродните звезди в Космоса съществуват фулерени и линейни образувания от въглеродни атоми.<ref name=":0" />

Ако при създаването на фулерени към въглеродните атоми се добавят няколко процента друг елемент, например [[никел]] или [[кобалт]], включването на такива атоми възпрепятства образуването на седмия, осмия и деветия петоъгълник на фулерена. При подходящи температура и скорост на реакцията, условията са енергийно изгодни за израстване на въглеродни нанотръбички с един отворен край, а другият съдържа половин фулерен. Те имат диаметър от един до няколко нанометра. Тръбичките са навити във вид на цилиндър, а въглеродните атоми образуват шестоъгълници, подобно на пластовете на графита. Откритието на стабилни фулерени и нанотръби слага началото на нова област на научни изследвания и твърдотелни нанотехнологии с широко практическо приложение.<ref name=":0" />

Считани някога за екзотика, днес фулерените се синтезират рутинно и се използват широко в науката и [[нанотехнология|нанотехнологиите]]. Сред тях са т.нар. ''buckyballs'',<ref name="buckyballs" /><ref name="nanotubes">{{Cite book |editor-last=Ebbesen, TW |title=Carbon nanotubes—preparation and properties |year=1997 |publisher=CRC Press |location=Boca Raton, Florida}}</ref> [[въглеродна нанотръба|въглеродните нанотръби]],<ref name="nanotubes2">{{Cite journal |year=2001 |title=Carbon nanotubes: synthesis, structures, properties and applications |journal=Topics in Applied Physics |location=Berlin |publisher=Springer |volume=80 |isbn=3540410864 |editor=MS Dresselhaus, G Dresselhaus, Ph Avouris}}</ref> въглеродни нанопъпки<ref name="nanobuds">{{Cite journal |last=Nasibulin, Albert G. |last2=Pikhitsa |first2=PV |last3=Jiang |first3=H |last4=Brown |first4=DP |last5=Krasheninnikov |first5=AV |last6=Anisimov |first6=AS |last7=Queipo |first7=P |last8=Moisala |first8=A |last9=Gonzalez |first9=D |year=2007 |title=A novel hybrid carbon material |journal=Nature Nanotechnology |volume=2 |issue=3 |pages=156&nbsp;– 161 |doi=10.1038/nnano.2007.37 |pmid=18654245}}</ref> и въглеродни нановлакна.<ref>{{Cite journal |last=Nasibulin, A |last2=Anisimov |first2=Anton S. |last3=Pikhitsa |first3=Peter V. |last4=Jiang |first4=Hua |last5=Brown |first5=David P. |last6=Choi |first6=Mansoo |last7=Kauppinen |first7=Esko I. |year=2007 |title=Investigations of NanoBud formation |journal=Chemical Physics Letters |volume=446 |pages=109&nbsp;– 114 |doi=10.1016/j.cplett.2007.08.050}}</ref><ref>{{Cite journal |last=Vieira, R |year=2004 |title=Synthesis and characterisation of carbon nanofibers with macroscopic shaping formed by catalytic decomposition of C<sub>2</sub>H<sub>6</sub>/H<sub>2</sub> over nickel catalyst |journal=Applied Catalysis A |volume=274 |pages=1&nbsp;– 8 |doi=10.1016/j.apcata.2004.04.008}}</ref> Други по-екзотични алотропни форми на въглерода са лонсдейлит,<ref name="lonsdaletite">{{Cite journal |last=Clifford |first=Frondel |last2=Marvin |first2=Ursula B. |year=1967 |title=Lonsdaleite, a new hexagonal polymorph of diamond |journal=Nature |volume=214 |pages=587&nbsp;– 589 |doi=10.1038/214587a0}}</ref> [[стъкловъглерод]],<ref name="glassy carbon" /> въглеродна нанопяна<ref>{{Cite journal |last=Rode, A.V. |last2=Hyde |first2=S.T. |last3=Gamaly |first3=E.G. |last4=Elliman |first4=R.G. |last5=McKenzie |first5=D.R. |last6=Bulcock |first6=S. |year=1999 |title=Structural analysis of a carbon foam formed by high pulse-rate laser ablation |journal=Applied Physics A-Materials Science & Processing |volume=69 |pages=S755–S758 |doi=10.1007/s003390051522}}</ref> и линеен ацетиленов въглерод или карбин.<ref name="LAC">Carbyne and Carbynoid Structures Series: Physics and Chemistry of Materials with Low-Dimensional Structures, Vol. 21 Heimann, R.B.; Evsyukov, S.E.; Kavan, L. (Eds.) 1999, 452 p., ISBN 0-7923-5323-4</ref>

* Карбинът се получава при каталитично окисление на етен.<ref name=":2" /> Известни са два вида – α-карбин – с редуващи се единични и тройни връзки; и β-карбин – само с двойни връзки.<ref name=":2" /> В малки количества той е намерен и в природата. Орбиталната му хибридизация е sp и всеки два въглеродни атома са свързани чрез 2σ- и 2π-връзки. Притежава хексагонална решетка и [[полупроводник]]ови свойства. Структурата и свойствата на карбина не са добре изучени. Преминава в графит над 2000&nbsp;°C.
* Стъкловъглеродът се получава чрез термично разлагане на богати на въглерод вещества. Състои се от хаотично свързани фрагнемти с диамантена и графитна структура, и е известен също като „въглеродно стъкло“.<ref name=":2" /> То е меко, механически издръжливо, термоустойчиво, електропроводно и не пропуска газове. Притежава химическа инертност.

=== Изотопи ===
Изотопите на въглеродния атом съдържат 6 [[протон]]а и различен брой [[неутрон]]и. Природният въглерод се състои от два стабилни [[изотоп]]а&nbsp;– [[въглерод-12]] (<sup>12</sup>С) (98,93%&nbsp;– горене на хелия<ref name=":0" />) и [[въглерод-13]] (<sup>13</sup>С) (1,07%&nbsp;– горене на водорода<ref name=":0" />). Концентрацията на въглерод-12 в живите организми е по-голяма, защото биохимичните реакции протичат предимно с този изотоп.<ref>{{Cite journal |last=Gannes |first=Leonard Z. |year=1998 |title=Natural Abundance Variations in Stable Isotopes and their Potential Uses in Animal Physiological Ecology |journal=Comparative Biochemistry and Physiology&nbsp;– Part A: Molecular & Integrative Physiology |volume=119 |issue=3 |pages=725&nbsp;– 737 |doi=10.1016/S1095-6433(98)01016-2}}</ref> През 1961 г. [[Международен съюз за чиста и приложна химия|IUPAC]] ({{lang|en|International Union of Pure and Applied Chemistry}}) приема изотопа въглерод-12 като основа за определяне на [[атомна маса|атомната маса]].<ref>{{Цитат уеб |уеб_адрес=http://www.bipm.org/en/si/base_units/ |заглавие=Official SI Unit definitions |достъп_дата=21 декември 2007}}</ref> При изследвания по метода на [[ядрен магнитен резонанс]] (NMR) се използва изотопът <sup>13</sup>C.

Получени и изследвани са 13 радиоактивни изотопа на въглерода.

Изотопът [[въглерод-14]] (<sup>14</sup>С, [[бета разпад|β-излъчвател]], период на полуразпад Т<sub>½</sub>= 5730 ±40 години), е най-важният от изотопите. В природата се среща само като следи (0,0000000001%) и е концентриран в [[атмосфера]]та и в горната част на [[земна кора|земната кора]], особено в органичните материали и торфа.<ref>{{Цитат уеб |уеб_адрес=http://www.llnl.gov/str/March06/Brown.html |заглавие=Carbon Goes Full Circle in the Amazon |фамилно_име=Brown |първо_име=Tom |издател=Lawrence Livermore National Laboratory |достъп_дата=25 ноември 2007 |date=1 март 2006}}</ref> Поради краткото си време на полуразпад той не се среща в древните скали, но постоянно се образува в долните слоеве на [[стратосфера]]та на височина от 9 до 15 km в резултат на взаимодействието на неутроните от [[космически лъчи|космическите лъчи]] с ядрата на [[азот]]а от въздуха според реакциитеː

<chem>^14N + n -> ^14C + p</chem> или <chem>^13C + d -> ^14C + p</chem>.

Полученият радиоактивен въглерод се разпределя равномерно във въздуха под формата на <sup>14</sup>CO<sub>2</sub>. Радиоактивният въглерод-14 чрез β<sup>–</sup>-разпад (с максимална енергия на β<sup>–</sup>-частиците 155 keV) и електронно антинеутрино преминава отново в стабилен азот-14.<ref name=":0" />

От средата на 50-те години въглерод-14 се получава и в резултат от работата на [[АЕЦ|атомните електростанции]] и на изпитванията на [[Водородна бомба|водородни бомби]]. Наличието на въглерод-14 е почти постоянно в атмосферата и в живите организми, а след смъртта им намалява по предсказуем начин. Именно образуването и [[Радиоактивен разпад|разпадането]] на <sup>14</sup>С са основа на създадения през 1949 г. метод за [[радиовъглеродно датиране]] на находки в [[археология]]та и [[геология]]та за определяне на възраст на [[артефакт]]и до около 40 000 години.

От останалите радиоактивни изотопи на въглерода най-дълго живеещ е въглерод-11 с период на полуразпад 20,334 секунди и вид [[Бета-разпад|β<sup>+</sup>-разпад]].<ref name=":0" />

== Химични свойства ==
Електронната конфигурация на въглеродния атом е 1s<sup>2</sup>2s<sup>2</sup>2p<sup>2</sup>, което му позволява от -4 до +4 степени на окисление, с преобладаващо четиривалентно състояние.<ref name=":0" /> Лесно преминава във възбудено състояние 1s<sup>2</sup>2s<sup>1</sup>2p<sup>3</sup>. Това позволява и хибридизацията – sp, sp<sup>2</sup> и sp<sup>3</sup>. Свързва се с други атоми и образува стабилни ковалентни връзки.

Във всички свои [[Алотропия|алотропни форми]] въглеродът е инертен при обикновена температура. Не се разтваря в органични и неорганични [[разтворител]]и (изключение правят [[фулерен]]ите), не му действат [[Киселина|киселини]] и [[основи]]. Единствено гореща концентрирана [[Азотна киселина|азотна]] и [[сярна киселина]] го окисляват до CO<sub>2</sub>:<ref name=":2" />

<chem>C + 2 kH2SO4 ->[\Delta] CO2 ^ + 2SO2 ^ + 2H2O</chem>,

<chem>C + 4 kHNO3 ->[\Delta] CO2 ^ + 2NO2 ^ + 2H2O</chem>.

Макар че е податлив на [[окисление]], той е по-устойчив от [[желязо]]то или [[Мед (елемент)|медта]]. Въглеродът е силен [[химичен редуктор]] и затова се използва в металургията:

<chem>C + 2PbO -> 2Pb + CO2 ^</chem>.

Реагира с [[водород|H<sub>2</sub>]], [[флуор|F<sub>2</sub>]], [[хлор|Cl<sub>2</sub>]], [[кислород|O<sub>2</sub>]], [[сяра]], [[метал]]и, [[водна пара]] и метални [[оксид]]и при нагряване:

<chem>C + 2H2 ->[\Delta] CH4</chem>,
<chem>C + 2Cl2 ->[\Delta] CCl4</chem>,
<chem>C + O2 ->[\Delta] CO2</chem>,
<chem>2C + Ca ->[\Delta] CaC2</chem>.

== Съединения ==
=== Неорганични съединения ===
==== Карбиди ====
Графитът реагира с флуор при 400 – 500 °C, при което се получават съединения с променлив състав CF<sub>x</sub>. При х = 0,7 съединението е сиво-черно, при х = 0,9 е сребристосиво, а при х = 1 става безцветна прозрачна маса. Над 600 °C реакцията протича с взрив и с получават газообразни флуориди.<ref name=":2" /> Не се получават аналогични съединения с другите халогени. При взаимодействие на графит със суспензия на KClO<sub>4</sub> в нитрирна смес се получава графитен оксид.<ref name=":2" /> Той е нестабилно съединение, което се разлага бавно при 70 °C, а при 200 °C изгаря до смес от въглеродни оксиди и сажди. Графитът дава голям брой съединения с включване на атоми и цели молекули между графитените слоеве, наречени графитиди.

Известни са съединения на фулерените с алкалните метали – K<sub>3</sub>C<sub>60</sub>, KRb<sub>2</sub>C<sub>60</sub>, Na<sub>2</sub>CsC<sub>60</sub>, наречени фулериди. Те са перспективни материали при разрешаване на проблемите на високотемпературната свърхпроводност. Заедно с фулерените, могат да бъдат използвани като смазочни материали, катализатори, производство на лекарства и др.<ref name=":2" />

Карбидите са бинерните съединения на въглерода с [[метал]]ите, [[Бор (елемент)|B]] и [[Si]]. Според химичната връзка карбидите се делят на 3 групи: с предимно йонна (солеобразни карбиди); с ковалентна и с йонно-ковалента връзка. С активните метали образува солеобразни карбиди: Na<sub>2</sub>C<sub>2</sub>, CaC<sub>2</sub>, Mg<sub>4</sub>C<sub>3</sub>, Al<sub>4</sub>C<sub>3</sub>.<ref name=":0" /> Карбидите са [[изолатор]]и, почти безцветни и хидролизират до [[въглеводород]]и. Някои карбиди имат ковалентна кристална решетка, например силициевият карбид (карборунд, SiC), който наподобява [[диамант]].

==== Оксиди ====
Въглеродът образува два оксида – монооксид (CO) и диоксид (CO<sub>2</sub>).

[[въглероден оксид|Въглеродният оксид]] (CO) се образува при изгаряне на графит. Реакцията на водна пара с червено нагрят кокс също получава монооксид. Тази смес от CO и H, наречена „воден газ“, се използва за индустриално гориво. В лабораторни условия въглероден моноксид може да се получи при нагряване на [[Мравчена киселина|HCOOH]] или [[оксалова киселина|H<sub>2</sub>C<sub>2</sub>O<sub>4</sub>]] в присъствието на [[сярна киселина]]. При нормални условия въглеродният оксид е безцветен инертен отровен газ. При нагряване става добър редуктор, поради се използва в металургията за редукция на метални оксиди до чист метал. От кислорода на въздуха се окислява при висока температура (около 700 °C), но гори лесно със синкав пламък.<ref name=":0" /><ref name=":1" /> При облъчване или с катализатор реагира с [[хлор]]а до [[фосген]]. Фосгенът е газ, силно дразнещ лигавиците.<ref name=":1" />

Молекулите му съдържат тройна връзка и са доста полярни, което обяснява способността му да свързва желязото от [[хемоглобин]]а в кръвта и да блокира транспорта на кислород и определя неговата токсичност.<ref>{{Cite journal |last=Haldane J. |year=1895 |title=The action of carbonic oxide on man |url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=1514663 |journal=Journal of Physiology |volume=18 |issue=5&nbsp;– 6 |pages=430&nbsp;– 462 |pmc=1514663 |pmid=16992272 |access-date=2010-09-02 |archive-date=2013-08-01 |archive-url=https://archive.today/20130801115855/http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=1514663 }}</ref><ref>{{Cite journal |last=Gorman, D |last2=Drewry |first2=A |last3=Huang |first3=YL |last4=Sames |first4=C |year=2003 |title=The clinical toxicology of carbon monoxide |journal=Toxicology |volume=187 |issue=1 |pages=25&nbsp;– 38 |doi=10.1016/S0300-483X(03)00005-2 |pmid=12679050 |number=187}}</ref> [[Цианид]]ът (CN<sup>–</sup>) има подобна структура, но поведението е псевдохалоген йон.

[[Въглероден диоксид|Вълеродният диоксид]] е безцветен газ, 1,5 пъти<ref name=":0" /> по-тежък от въздуха, кисел на вкус.<ref name=":1" /> Не е токсичен, но при големи концентрации е възможно задушаване от недостиг на кислород. В палеонтологиното минало е бил основен компонент на [[атмосфера]]та на Земята, но днес е сред второстепенните компоненти.<ref>{{Cite journal |last=JS Levine, TR Augustsson and M Natarajan |year=1982 |title=The prebiological paleoatmosphere: stability and composition |journal=Origins of Life and Evolution of Biospheres |volume=12 |issue=3 |pages=245&nbsp;– 259 |doi=10.1007/BF00926894}}</ref> Разтворен във вода, образува въглена киселина (H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>), която е нестабилна и същуствува само във воден разтвор.<ref>{{Cite journal |last=T. Loerting |last2=Tautermann |first2=Christofer |last3=Kroemer |first3=Romano T. |last4=Kohl |first4=Ingrid |last5=Hallbrucker |first5=Andreas |last6=Mayer |first6=Erwin |last7=Liedl |first7=Klaus R. |year=2001 |title=On the Surprising Kinetic Stability of Carbonic Acid |journal=Angew. Chem. Int. Ed. |volume=39 |pages=891&nbsp;– 895 |doi=10.1002/(SICI)1521-3773(20000303)39:5<891::AID-ANIE891>3.0.CO;2-E}}</ref> При нагряване карбонатите освобождават CO<sub>2</sub>:

<chem>CaCO3 ->[\Delta] CaO + CO2</chem>

Има и други въглеродни оксиди: C<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, (CO<sub>3</sub>),<ref>{{Cite journal |last=Sabin, J. R. |year=1971 |title=A theoretical study of the structure and properties of carbon trioxide |journal=[[Chemical Physics Letters]] |volume=11 |issue=5 |pages=593&nbsp;– 597 |doi=10.1016/0009&nbsp;– 2614(71)87010&nbsp;– 0}}</ref><ref>{{Cite journal |last=Moll N. G., Clutter D. R., Thompson W. E. |year=1966 |title=Carbon Trioxide: Its Production, Infrared Spectrum, and Structure Studied in a Matrix of Solid CO<sub>2</sub> |journal=Journal of Chemical Physics |volume=45 |issue=12 |pages=4469&nbsp;– 4481 |doi=10.1063/1.1727526}}</ref> (C<sub>5</sub>O<sub>5</sub>),<ref name="fatiadi">{{Cite journal |last=Alexander J. Fatiadi |year=1963 |title=Cyclic Polyhydroxy Ketones. I. Oxidation Products of Hexahydroxybenzene (Benzenehexol) |url=http://nvl.nist.gov/pub/nistpubs/jres/067/2/V67.N02.A06.pdf |journal=Journal of Research of the National Bureau of Standards A: Physics and Chemistry |volume=67A |issue=2 |pages=153&nbsp;– 162}}</ref> (C<sub>6</sub>O<sub>6</sub>),<ref name="fatiadi" /> и (C<sub>12</sub>O<sub>9</sub>).

==== Киселини ====
[[Въглеродна киселина|Въглеродната киселина]] (H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>) е нетрайна и съществува само във воден разтвор. Нейните соли, карбонати и хидрогенкарбонати, са стабилни. Всичките хидрогенкарбонати са разтворими във вода, а от разтворими карбонати са (NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> и алкалните.<ref name=":1" /> Карбонатите реагират с повечето неорганични киселини, както и с някои органични киселини<ref name=":1" />:

<chem>CaCO3 + H2SO4 -> CaSO4 + H2CO3 -> CaSO4 + H2O + CO2 ^</chem>

<chem>CaCO3 + 2 CH3COOH -> Ca(CH3COO)2 + H2CO3 -> Ca(CH3COO)2 + H2O + CO2 ^</chem>.

Карбонати се образуват при взаимодействие на метален оксид с CO<sub>2</sub>:

<chem>Na2O + CO2 -> Na2CO3</chem>.

При недостиг е възможно и образуването на хидрокарбонати:

<chem>2Na + 2H2CO3 -> 2NaHCO3 + H2</chem>.

==== Съединения на въглерода с азота и сярата ====
[[Въглероден дисулфид|Серовъглеродът]] (CS<sub>2</sub>) се получава при прекарване на серни пàри през нажежени въглища:<ref name=":1" />

<chem>C + 2S -> CS2_{(lq)}</chem>.

Представлява течност и има неприятна миризма. Почти неразтворим във вода е, но е добър разтворител на сяра, йод, фосфор, смоли и восъци.<ref name=":1" /> Лесно се запалва и изгаря до CO<sub>2</sub> и SO<sub>2</sub>.<ref name=":1" />

=== Органични съединения ===
{{основна|Органично съединение}}
[[Файл:Methane-2D-stereo.svg|мини|ляво|upright|Структурна формула на [[метан]], най-простото органично съединение]]
[[Файл:Auto-and heterotrophs.png|мини|300px|Връзка между [[Кръговрат на въглерода|кръговрата на въглерода]] и образуването на органични съединения. В растенията въглеродният диоксид се съединява с вода по време на [[фотосинтеза]]та (<span style="color:green">зелено</span>) и образува органични съединения, използвани и преобразувани от растенията и животните]]

Въглеродът лесно образува дълги и стабилни въглеродни вериги, на което се дължи огромния брой органични съединения. Най-простите органични съединения са [[въглеводород]]ите. Те се използват като [[Хладилен агент|хладилни агенти]], [[смазване (техника)|смазки]], [[разтворител]]и, суровина при производството на [[пластмаса|пластмаси]], петролни продукти и [[гориво|горива]].

== Наличие в природата ==
[[Файл:GraphiteOreUSGOV.jpg|мини|Графитова руда]]
[[Файл:Rough diamond.jpg|мини|Необработен диамант]]

Въглеродът е четвъртият най-изобилен [[химически елемент]], срещан в природата, след водорода, хелия и кислорода. Той се среща в [[Слънце]]то, звездите, кометите и атмосферите на повечето от планетите. Някои метеорити съдържат микроскопични диаманти, които са били формирани още при зараждането на Слънчевата система. Подобни микроскопични диаманти се образуват и на местата на стълкновение на метеорити със Земята поради високата температура и налягане.<ref>{{Cite book |last=Mark |title=Meteorite Craters |url=https://archive.org/details/meteoritecraters0000mark_o3c4 |year=1987 |publisher=University of Arizona Press |author=Mark}}</ref>

Заема около 4,8.10&nbsp;– 2% от масата на [[земната кора]], което му отрежда 15-то място от всички химични елементи.<ref name=":0" />

Формиращ заедно с [[кислород]]а [[въглероден диоксид]], въглеродът в атмосферата се оценява на около 810 гигатона, а разтворен във всички водни басейни&nbsp;– на около 36 000 гигатона. В [[биосфера]]та се съдържат около 1900 гигатона. [[Въглеводород]]ите (като например [[въглища]], [[нефт]] и [[природен газ]]) също съдържат въглерод&nbsp;– запасите от въглища се оценяват на около 900 гигатона, а запасите от нефт на около 150 гигатона.
[[Файл:Aragonite Mineral Macro.JPG|мини|Арагонит, CaCO<sub>3</sub>, един от многото карбонатни минерали]]
Карбонатната група минерали е сред най-големите и най-разпространените, което определя широкото разпространение на въглерод в земната кора. Най-голямата от този въглерод се съдържа в два минерала<ref name=":0" /> – [[варовик]] (CaCO<sub>3</sub>) и [[доломит]] (CaCO<sub>3</sub>•MgCO<sub>3</sub>). Въглеродът влиза в състава на десетки други минерали, като [[мрамор]], [[калцит]] и др. – CaCO<sub>3</sub>, [[малахит]] – Cu<sub>2</sub>(OH)<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>, в главния минерал на цинка, [[смитсонит]] – ZnCO<sub>3</sub>, магнезит – MgCO<sub>3</sub>, [[сидерит]] – FeCO<sub>3</sub>,<ref name=":1" /> [[церусит]] – PbCO<sub>3</sub> и др. В природните води се съдържат разтворими хидрогенкарбонати, напр. Ca(HCO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>.<ref name=":1" />

[[Въглища]]та са значителен източник на минерален въглерод и преди всичко [[антрацит]]ните, съдържащи 92 – 98% въглерод,<ref>{{Cite book |title=Coal Mining Technology: Theory and Practice |year=1983 |publisher=Society for Mining Metallurgy |isbn=0895204045 |author=R. Stefanenko}}</ref> както и най-големият източник на въглерод във форма, годна за гориво.<ref>{{Cite journal |last=Kasting |first=James |year=1998 |title=The Carbon Cycle, Climate, and the Long-Term Effects of Fossil Fuel Burning |url=http://gcrio.org/CONSEQUENCES/vol4no1/carbcycle.html |journal=Consequences: the Nature and Implication of Environmental Change |volume=4 |issue=1 |archive-url=https://web.archive.org/web/20081024152448/http://gcrio.org/CONSEQUENCES/vol4no1/carbcycle.html |archive-date=2008-10-24 |access-date=2010-08-30}}</ref>

Големи залежи на графит има в [[САЩ]], [[Русия]], [[Мексико]], [[Гренландия]] и [[Индия]].

Естествени находища на диаманти има в кимберлитовите скали, срещащи се в „гърлата“ на [[вулкан]]ите. Най-много залежи на диаманти има в [[Африка]], главно в [[Южна Африка]], [[Намибия]], [[Ботсвана]], [[Република Конго]] и [[Сиера Леоне]]. Срещат се също така и в [[Арканзас]], [[Канада]], арктическите райони на Русия, [[Бразилия]] и в Северна и Западна [[Австралия]].

=== Кръговрат на въглерода ===
На Земята превръщането на един елемент в друг е много рядко и затова количеството въглерод е постоянно на практика. Но химичните процеси, които включват въглерод, трябва да го черпят отнякъде и да отлагат другаде продуктите. [[Кръговрат на въглерода|Кръговратът на въглерода]] е описан от Лавоазие и Пристли и популяризиран от [[Хъмфри Дейви]]. Той е най-интензивният между всички биогеохимични цикли. Въглеродът циркулира с висока скорост както между различните неорганични (абиотични) среди, така и посредством хранителните мрежи, създадени вътре в съобществата от живи организми. Например при [[фотосинтеза]]та растенията поглъщат въглероден диоксид от околната среда и създават [[биомаса]], което представлява процес на [[Фотосинтеза#фиксация на въглерода|фиксация на въглерода]]. Тази биомаса служи за храна на животните, а те издишат въглероден диоксид. Но кръговратът на въглерода може да бъде значително по-сложен: например, известно количество въглероден диоксид се разтваря в океаните, измрели растения и животни с течение на времето могат да се превърнат в петрол или въглища и могат да горят, освобождавайки въглерод.

== Производство ==
В редица страни в света е усвоено промишленото производство на изкуствени [[диамант]]и. За получаването им изходен продукт се явява [[графит]]а, както и други богати на въглерод материали, които се подлагат на високо налягане (повече от 5000 атмосфери) и температура над 1200&nbsp;°C. Важно условие за получаването на диаманти е наличието на катализатори, като [[желязо]], [[никел]], [[Титан (елемент)|титан]], [[Платина|платинови]] материали и др.

По-големите и прозрачни кристали на естествените диаманти (елмази)<ref name=":0" /> след оформянето и шлифоването, се наричат „брилянти“ и се използват за изработване на бижутерийни изделия. Големината на брилянтите се определя от извънсистемната единица „[[Карат (маса)|карат]]“, като 1 карат е 0,2 грама.

== Приложение ==
Около 80 – 85%<ref name=":0" /> от добитите диаманти се използва в техниката, предимно в металообработващата промишленост за изработка на инструменти за пробиване, рязане и шлифовка на особено твърди материали. Диамантени свредла се използват също при прокопаването на [[тунел]]и в твърди скали, както и за изготвяне на сонди, триони<ref name=":1" /> и особено точни прибори и инструменти.

Използването на графита от художниците започва едва през 17 век. Тогава графитни детайли са били включвани в скици, по-често в пейзажната живопис на датски художници. Графитът е бил използван и при правене на предварителни скици за рисунки, но рисунки в завършен вид е било рядкост. В края на 18 век е конструиран предшественикът на модерния молив във форма на пръчка от натурален графит, поставена в кух дървен цилиндър. През 1795 г. френският изобретател Никола-Жак Конте измислил метод за направа на моливни пръчки от смес на графит и глина – истински прототип на модерния графитов [[молив]].<ref name=":0" />

Различните видове въглища и саждите притежават голяма разгърната повърхност, поради което се използват като [[катализатор]]и или адсорбатори на газове и течности.<ref name=":0" />

Високата температурна устойчивост на графита обуславя използването му в огнеупорни материали (тигли)<ref name=":1" /> и изделия. Благодарение на химическата си устойчивост, той се използва в химическата промишленост като конструкционен метал. Ниският коефициент на триене на графита позволява приготвянето на антифракционни и смазочни материали (диспергиран в масло)<ref name=":1" /> на негова основа. Високо чист графит се полага в [[Ядрена енергетика|ядрената енергетика]] – в реакторостроенето, като забавител на неутрони.<ref name=":0" /> Графитът се използва в производството на моливи (с прибавка на подходяща глина), а също и в производството на някои бои, електроди, четки за електромотори др.

Калциевият карбид се използва за получаване на [[ацетилен]], а алуминиевият карбид – за получаването на [[метан]].

Твърдият въглероден диоксид ([[сух лед]]) се използва като охладител и като удобен експлозив в каменовъглените мини, тъй като няма опасност от запалване.<ref name=":1" /> В хранителната промишленост се добавя в разхладителни напитки,<ref name=":1" /> например [[Кока-Кола (компания)|Кока Кола]].

Фосгенът се използва в органичния синтез, както и като [[бойно отровно вещество]].<ref name=":1" />

Серовъглеродът се употребява като разтворител в органичния синтез и е съставна част на препарати за растителна защита.<ref name=":1" />

== Екологични проблеми ==
Изгарянето на въглеродсъдържащи съединения до CO<sub>2</sub>, който е парников газ, довежда до т. нар. ''[[парников ефект]]''. Това е естествен процес, задържащ температурата на Земята постоянна. През 20 и 21 в., засиленото изгаряне на нефт, въглища и др. невъзобновяеми енергийни източници, довежда до неестествено висок парников ефект.

През последните години въглеродният диоксид предизвиква [[Киселинен дъжд|киселинни дъждове]]. Вкарва се фино диспрегиран в облака, където предизвиква кристализация, уедряване и валеж под формата на дъжд или сняг.<ref name=":1" />

== Вижте също ==
* [[Диамант]]
* [[Графит]]
* [[Графен]]
* [[Въглероден диоксид]]
* [[Органично съединение]]

== Източници ==
<references/>

{{превод от|en|Carbon|380020377}}

{{Алотропни форми на въглерода}}
{{Периодична система}}

[[Категория:Въглерод| ]]