Il carbonio è un elemento. Si trova sfuso, sia da solo, nei suoi allotropi, sia come costituente di altre sostanze ampiamente presenti, tra cui calcare, carbone e petrolio. Si verifica in un certo numero di composti inorganici e in tutti i composti organici. Per capire sia come agisce il carbonio sia come interagisce con altri elementi, è importante comprendere le proprietà del carbonio.
Il simbolo del carbonio nella tavola periodica è “C”. È nel periodo 2, insieme a litio, berillio, boro, azoto, ossigeno, fluoro e neon, e nel gruppo 4a o nel gruppo 14, a seconda del sistema, con silicio, germanio, stagno e piombo. Le proprietà del carbonio includono un numero atomico di 6 e una massa atomica di 12.011 g.mol-1, un punto di fusione di 6332ºF (3500ºC; 3773K) e un punto di ebollizione di 8721ºF (4827ºC; 5100K). Il carbonio ha un punteggio di 0.5 sulla scala di durezza minerale di Mohs. In un essere umano del peso di circa 154 libbre (circa 70 kg), la massa totale media di carbonio è di circa 35 ¼ lb (circa 16 kg).
Il fatto che abbia allotropi abbastanza differenti, o diverse manifestazioni dello stesso elemento con differenti strutture molecolari, sono una delle proprietà interessanti del carbonio. La grafite, un allotropo, viene utilizzata per creare “piombo” a matita, così come nei generatori e nei motori elettrici. Un secondo allotropo del carbonio è il diamante, e un diamante ha un punteggio assoluto di 1500 sulla scala Mohs della durezza minerale, mostrando come le proprietà del carbonio possono differire notevolmente. Un altro allotropo, il buckminsterfullerene, scoperto nel 1985 da ricercatori americani e britannici, ha una forma simile a una cupola geodetica progettata dall’ingegnere R. Buckminster Fuller, da cui il nome.
Tra le proprietà del carbonio, il decadimento prevedibile dell’isotopo carbonio-14 è stato trovato di particolare utilità nella datazione di materiali biologici. Un organismo vivente incorpora una proporzione prevedibile di carbonio 12 in relazione al carbonio-14, che riceve dall’atmosfera. Quando l’organismo muore, il nuovo carbonio non viene più assorbito e il rapporto tra carbonio-12 e carbonio-14 inizia a cambiare, con il decadimento del carbonio-14 in azoto-14. Ciò consente la datazione al radiocarbonio basata sull’emivita di 5730 anni del carbonio-14. Sebbene diverse situazioni, come la contaminazione con carbonio dal suolo e quantità fluttuanti di carbonio-12 e carbonio-14 nell’atmosfera, possano annullare i calcoli, la datazione al radiocarbonio si è rivelata ancora utile.