Le carbone est un élément. On le trouve en vrac, à la fois seul, dans ses allotropes et en tant que constituant d’autres substances largement répandues, notamment le calcaire, le charbon et le pétrole. Il se produit dans un certain nombre de composés inorganiques et dans tous les composés organiques. Pour comprendre à la fois comment le carbone agit et comment il interagit avec d’autres éléments, il est important de comprendre les propriétés du carbone.
Le symbole du carbone dans le tableau périodique est C. Il est en période 2, avec le lithium, le béryllium, le bore, l’azote, l’oxygène, le fluor et le néon, et dans le groupe 4a ou 14 selon les systèmes, avec le silicium, le germanium, l’étain et le plomb. Les propriétés du carbone comprennent un numéro atomique de 6 et une masse atomique de 12.011 g.mol-1, un point de fusion de 6332ºF (3500ºC; 3773K) et un point d’ébullition de 8721ºF (4827ºC; 5100K). Le carbone obtient un score de 0.5 sur l’échelle de dureté minérale de Mohs. Chez un être humain pesant environ 154 lb (environ 70 kg), la masse totale moyenne de carbone est d’environ 35 ¼ lb (environ 16 kg).
Le fait qu’il ait des allotropes assez différents, ou des manifestations différentes du même élément avec des structures moléculaires différentes, est l’une des propriétés intéressantes du carbone. Le graphite, un allotrope, est utilisé pour fabriquer du plomb au crayon, ainsi que dans les générateurs et les moteurs électriques. Un deuxième allotrope de carbone est le diamant, et un diamant a un score absolu de 1500 sur l’échelle de Mohs de dureté minérale, montrant comment les propriétés du carbone peuvent différer considérablement. Un autre allotrope, le buckminsterfullerene, découvert en 1985 par des chercheurs américains et britanniques, a une forme similaire à un dôme géodésique conçu par l’ingénieur R. Buckminster Fuller, d’où son nom.
Parmi les propriétés du carbone, la décroissance prévisible de l’isotope du carbone 14 s’est avérée particulièrement utile pour dater les matériaux biologiques. Un organisme vivant incorpore une proportion prévisible de carbone 12 par rapport au carbone 14, qu’il tire de l’atmosphère. Lorsque l’organisme meurt, le nouveau carbone n’est plus absorbé et le rapport entre le carbone 12 et le carbone 14 commence à changer, avec la désintégration du carbone 14 en azote-14. Cela permet une datation au radiocarbone basée sur la demi-vie de 5730 ans du carbone-14. Bien que plusieurs situations, telles que la contamination par le carbone du sol et les quantités fluctuantes de carbone 12 et de carbone 14 dans l’atmosphère, puissent fausser les calculs, la datation au radiocarbone s’est toujours avérée utile.