L’elemento carbonio è un materiale non metallico che contiene sei elettroni. Il carbone, una forma di carbonio, è stato utilizzato fin dalla preistoria. Il nome carbonio deriva dalla parola latina carbo che significa carbone. Il carbonio può essere trovato in materiale organico come piante e animali e in materiali inorganici come minerali e minerali. Il carbonio elementare si riferisce alle forme inorganiche di carbonio che possono essere trovate in forme cristalline e amorfe.
Le forme cristalline hanno atomi di carbonio elementari disposti in uno schema regolare mentre gli atomi di carbonio nelle forme amorfe non hanno schemi regolari. Le due forme cristalline del carbonio elementare sono diamanti e grafite. La struttura cristallina del diamante è formata da ciascun atomo di carbonio che crea un legame covalente condividendo una coppia di elettroni con altri quattro atomi di carbonio. I legami covalenti sono i legami chimici più forti conosciuti dall’umanità. I diamanti sono le sostanze più dure conosciute e le meno volatili con un punto di fusione di 6,242°F (3,550°C).
La struttura cristallina della grafite è formata da atomi di carbonio che creano stretti legami esagonali con altri atomi nello stesso piano e un legame più lasco tra atomi su piani diversi. Un legame allentato tra i piani rende la grafite molto morbida e consente di utilizzare la grafite come lubrificante. A differenza dei diamanti, la grafite è un buon conduttore elettrico.
Prima del 1955, tutti i diamanti provenivano da giacimenti naturali. Nel 1955, i test di laboratorio hanno dimostrato che l’applicazione di alta pressione e temperatura alla grafite in presenza di un catalizzatore potrebbe creare diamanti sintetici. I diamanti sintetici sono usati principalmente per scopi industriali.
Il carbonio amorfo viene creato quando un materiale contenente carbonio viene bruciato senza ossigeno sufficiente per consentire una combustione completa. Il nerofumo risultante può essere utilizzato per creare nuclei di batterie a secco, inchiostri, vernici ed è un elemento fondamentale nella produzione di prodotti in gomma. Il black carbon è anche il sottoprodotto degli incendi boschivi e della combustione insufficiente di combustibili nelle automobili, negli impianti di produzione e nella generazione elettrica a base di carbone. Il carburante diesel crea più carbonio nero della benzina durante la combustione. Il black carbon può causare problemi sia alla salute che all’ambiente.
Un particolato fine che può causare problemi di salute è il carbonio elementare amorfo. L’asma e la bronchite cronica sono state collegate al nerofumo e ci sono alcune prove che il nerofumo o la fuliggine possono aumentare il rischio di enfisema e cancro ai polmoni. Anche il black carbon è un fattore del cambiamento climatico. Poiché il carbonio nero rimane nell’atmosfera per settimane anziché per un secolo rispetto all’anidride carbonica, la riduzione delle emissioni di carbonio nero è considerata uno dei modi più rapidi per ridurre gli effetti del cambiamento climatico globale.