El elemento carbono es un material no metálico que contiene seis electrones. El carbón vegetal, una forma de carbono, se ha utilizado desde tiempos prehistóricos. El nombre carbono proviene de la palabra latina carbo que significa carbón vegetal. El carbono se puede encontrar en material orgánico como plantas y animales, y en materiales inorgánicos como minerales y menas. El carbono elemental se refiere a las formas inorgánicas de carbono que se pueden encontrar en formas cristalinas y amorfas.
Las formas cristalinas tienen átomos de carbono elementales dispuestos en un patrón regular, mientras que los átomos de carbono en formas amorfas no tienen patrones regulares. Las dos formas cristalinas del carbono elemental son los diamantes y el grafito. La estructura cristalina del diamante está formada por cada átomo de carbono que crea un enlace covalente al compartir un par de electrones con otros cuatro átomos de carbono. Los enlaces covalentes son los enlaces químicos más fuertes conocidos por la humanidad. Los diamantes son las sustancias más duras conocidas y las menos volátiles con un punto de fusión de 6,242 ° F (3,550 ° C).
La estructura cristalina del grafito está formada por átomos de carbono que crean enlaces hexagonales estrechos con otros átomos en el mismo plano y un enlace más flojo entre átomos en planos diferentes. Una unión floja entre los planos hace que el grafito sea muy blando y permite que el grafito se utilice como lubricante. A diferencia de los diamantes, el grafito es un buen conductor eléctrico.
Antes de 1955, todos los diamantes procedían de depósitos naturales. En 1955, las pruebas de laboratorio demostraron que la aplicación de alta presión y temperatura al grafito en presencia de un catalizador podía crear diamantes sintéticos. Los diamantes sintéticos se utilizan principalmente con fines industriales.
El carbono amorfo se crea cuando un material que contiene carbono se quema sin suficiente oxígeno para permitir una combustión completa. El carbón negro resultante se puede utilizar para crear núcleos de batería de celda seca, tintas, pinturas y es un elemento crítico en la fabricación de productos de caucho. El carbono negro también es un subproducto de los incendios forestales y la combustión insuficiente de combustibles en los automóviles, las plantas de fabricación y la generación eléctrica a base de carbón. El combustible diesel crea más carbón negro que la gasolina durante la combustión. El carbón negro puede causar problemas ambientales y de salud.
Un material particulado fino que puede causar problemas de salud es el carbono elemental amorfo. El asma y la bronquitis crónica se han relacionado con el carbón negro, y existe alguna evidencia de que el carbón negro o el hollín pueden aumentar el riesgo de enfisema y cáncer de pulmón. El carbono negro también es un factor en el cambio climático. Dado que el carbono negro permanece en la atmósfera durante semanas en lugar del siglo que lo hace el dióxido de carbono, la disminución de las emisiones de carbono negro se considera una de las formas más rápidas de posiblemente reducir los efectos del cambio climático global.