คาร์บอน

แผนภาพเฟสของคาร์บอนที่ทำนายไว้ในทางทฤษฎี

ออลโลทรอปของคาร์บอนได้แก่แกรไฟต์ซึ่งเป็นสารที่อ่อนที่สุดชนิดหนึ่งที่รู้จักกันดีและเพชรซึ่งเป็นสารที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติได้ยากที่สุด มันสร้างพันธะกับอะตอมขนาดเล็กอื่น ๆรวมทั้งอะตอมของคาร์บอนอื่น ๆได้อย่างง่ายดายและสามารถสร้างพันธะโควาเลนต์ที่เสถียรหลายพันธะกับอะตอมหลายเทียบเท่าที่เหมาะสม คาร์บอนเป็นที่รู้จักกันในรูปแบบเกือบสิบล้านสารประกอบส่วนใหญ่ของทุกสารประกอบทางเคมี ^[19]คาร์บอนยังมีจุดระเหิดสูงสุดขององค์ประกอบทั้งหมด ที่ความดันบรรยากาศไม่มีจุดหลอมเหลวเนื่องจากจุดสามจุดอยู่ที่ 10.8 ± 0.2 เมกะปาสคาล (106.6 ± 2.0 atm; 1,566 ± 29 psi) และ 4,600 ± 300 K (4,330 ± 300 ° C; 7,820 ± 540 ° F), ^{[ 2] [3]}ดังนั้นมันจึงบอบบางที่ประมาณ 3,900 K (3,630 ° C; 6,560 ° F) ^{[21] [22]}กราไฟท์มีปฏิกิริยามากกว่าเพชรในสภาวะมาตรฐานแม้ว่าจะมีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์มากกว่าเนื่องจากระบบไพที่ถูกแยกส่วนมีความเสี่ยงต่อการถูกโจมตีมาก ตัวอย่างเช่นกราไฟท์สามารถออกซิไดซ์โดยกรดไนตริกเข้มข้นที่ร้อนในสภาวะมาตรฐานเป็นกรดเมลลิติก C ₆ (CO ₂ H) ₆ซึ่งรักษาหน่วยหกเหลี่ยมของกราไฟท์ในขณะที่ทำลายโครงสร้างที่ใหญ่ขึ้น ^[23]

คาร์บอน sublimes ในส่วนโค้งของคาร์บอนซึ่งมีอุณหภูมิประมาณ 5800 K (5,530 ° C หรือ 9,980 ° F) ดังนั้นโดยไม่คำนึงถึงรูปแบบ allotropic ของคาร์บอนยังคงแข็งแกร่งที่อุณหภูมิสูงกว่าโลหะสูงสุดละลายจุดเช่นทังสเตนหรือรีเนียม แม้ว่าจะมีแนวโน้มที่จะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นทางอุณหพลศาสตร์แต่คาร์บอนก็ต้านทานการเกิดออกซิเดชั่นได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าธาตุต่างๆเช่นเหล็กและทองแดงซึ่งเป็นตัวรีดิวซ์ที่อ่อนกว่าที่อุณหภูมิห้อง

คาร์บอนเป็นองค์ประกอบที่หกกับพื้นรัฐอิเล็กตรอนของ 1s ² 2s ² 2p ²ซึ่งทั้งสี่อิเล็กตรอนนอกอิเล็กตรอน พลังงานไอออไนเซชันสี่ตัวแรก 1086.5, 2352.6, 4620.5 และ 6222.7 กิโลจูล / โมลสูงกว่าของธาตุหมู่ -14 ที่หนักกว่ามาก อิเล็กของคาร์บอนคือ 2.5 สูงกว่าที่หนักกว่ากลุ่ม 14 องค์ประกอบ (1.8-1.9) อย่างมีนัยสำคัญ แต่ใกล้กับส่วนใหญ่ของอโลหะอยู่บริเวณใกล้เคียงรวมทั้งบางส่วนของที่สองและสามแถวโลหะการเปลี่ยนแปลง โดยปกติแล้วรัศมีโควาเลนต์ของคาร์บอนจะถูกจับเป็น 77.2 pm (C − C), 66.7 pm (C = C) และ 60.3 pm (C althoughC) แม้ว่าสิ่งเหล่านี้อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับจำนวนโคเวเลนต์และสิ่งที่คาร์บอนถูกผูกมัด โดยทั่วไปรัศมีโควาเลนต์จะลดลงเมื่อมีจำนวนการประสานงานต่ำลงและลำดับพันธะที่สูงขึ้น ^[24]

สารประกอบคาร์บอนเป็นพื้นฐานของชีวิตที่รู้จักกันในโลกและวัฏจักรคาร์บอนไนโตรเจนให้บางส่วนของพลังงานที่ผลิตโดยดวงอาทิตย์และดาว แม้ว่าจะมีรูปแบบของสารประกอบที่ไม่ธรรมดา แต่รูปแบบของคาร์บอนส่วนใหญ่นั้นค่อนข้างไม่ออกฤทธิ์ภายใต้สภาวะปกติ ที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐานจะต่อต้านตัวออกซิไดซ์ที่แข็งแกร่งที่สุดทั้งหมด มันไม่ได้ทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟูริก , กรดไฮโดรคลอริก , คลอรีนหรือด่าง ที่อุณหภูมิสูงขึ้นคาร์บอนจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อสร้างคาร์บอนออกไซด์และจะปล้นออกซิเจนจากออกไซด์ของโลหะเพื่อออกจากโลหะธาตุ นี้ปฏิกิริยาคายความร้อนที่ใช้ในอุตสาหกรรมเหล็กและเหล็กกล้าที่จะหลอมเหลวเหล็กและควบคุมปริมาณคาร์บอนของเหล็ก :

เฟ
₃โอ
₄+ 4 C _(s) → 3 Fe _(s) + 4 CO _(g)

คาร์บอนมอนอกไซด์สามารถรีไซเคิลเพื่อหลอมเหล็กได้มากขึ้น:

เฟ
₃โอ
₄+ 4 CO _(g) → 3 Fe _(s) + 4 CO
_2(ก.)

ด้วยกำมะถันเพื่อสร้างคาร์บอนไดซัลไฟด์และด้วยไอน้ำในปฏิกิริยาก๊าซถ่านหิน:

C _(s) + H ₂ O _(g) → CO _(g) + H ₂ (g)

คาร์บอนรวมกับโลหะบางชนิดที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างโลหะคาร์ไบด์เช่นเหล็กคาร์ไบด์ซีเมนต์ในเหล็กกล้าและทังสเตนคาร์ไบด์ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะสารขัดสีและสำหรับทำปลายแข็งสำหรับเครื่องมือตัด

ระบบของคาร์บอนอัลโลทรอปครอบคลุมช่วงสุดขั้ว:

จัดสรร

คาร์บอนอะตอมเป็นช่วงสั้นมากชนิดและจึงคาร์บอนจะมีความเสถียรในหลายโครงสร้างหลายอะตอมโมเลกุลกับการกำหนดค่าที่หลากหลายเรียกว่าallotropes สาม allotropes ค่อนข้างที่รู้จักกันดีของคาร์บอนเป็นคาร์บอนอสัณฐาน , กราไฟท์และเพชร เมื่อพิจารณาแล้วว่าแปลกใหม่ฟูลเลอรีนมักถูกสังเคราะห์และใช้ในการวิจัย พวกเขารวมถึงบัคกี้บอล , ^{[30] [31]} คาร์บอนนาโนทิวบ์ , ^[32] คาร์บอน nanobuds ^[33]และเส้นใยนาโน ^{[34] [35]}ยังมีการค้นพบ allotropes แปลกใหม่อีกหลายชนิดเช่นlonsdaleite , ^[36] glassy carbon , ^[37] carbon nanofoam ^[38]และlinear acetylenic carbon (carbyne) ^[39]

กราฟีนเป็นแผ่นคาร์บอนสองมิติที่มีอะตอมเรียงกันเป็นตาข่ายหกเหลี่ยม ในปี 2009 กราฟีนดูเหมือนจะเป็นวัสดุที่แข็งแกร่งที่สุดเท่าที่เคยมีการทดสอบมา ^[40]กระบวนการแยกมันออกจากกราไฟท์จะต้องมีการพัฒนาทางเทคโนโลยีเพิ่มเติมก่อนที่จะประหยัดสำหรับกระบวนการทางอุตสาหกรรม ^[41]หากประสบความสำเร็จสามารถใช้กราฟีนในการสร้างลิฟต์อวกาศได้ นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในการจัดเก็บไฮโดรเจนอย่างปลอดภัยเพื่อใช้ในเครื่องยนต์ที่ใช้ไฮโดรเจนในรถยนต์ ^[42]

ตัวอย่างคาร์บอนขนาดใหญ่

สัณฐานรูปแบบคือการแบ่งประเภทของคาร์บอนอะตอมในผลึกที่ไม่สม่ำเสมอรัฐเหลือบไม่ได้จัดขึ้นในมหภาคผลึก มันเป็นปัจจุบันเป็นผงและเป็นส่วนประกอบหลักของสารเช่นถ่าน , ข่อ ( เขม่า ) และถ่าน ที่ความดันปกติคาร์บอนจะใช้รูปแบบของกราไฟท์ซึ่งในแต่ละอะตอมจะถูกผูกมัด trigonally ถึงสามคนอื่น ๆ ในเครื่องบินประกอบด้วยหลอมหกเหลี่ยมแหวน, เช่นเดียวกับผู้ที่อยู่ในไฮโดรคาร์บอน ^[43]เครือข่ายที่เกิดเป็น 2 มิติและแผ่นแบนที่เกิดซ้อนกันและถูกผูกมัดอย่างอิสระผ่านอ่อนแอแวนเดอร์ Waals กองกำลัง สิ่งนี้ทำให้กราไฟท์มีความนุ่มนวลและคุณสมบัติในการแยกตัว (แผ่นงานหลุดผ่านกันได้ง่าย) เนื่องจากการดีโลแคลไลเซชันของอิเล็กตรอนวงนอกตัวใดตัวหนึ่งของแต่ละอะตอมจนกลายเป็นเมฆπกราไฟท์จึงนำไฟฟ้าได้ แต่จะอยู่ในระนาบของแผ่นพันธะโควาเลนต์เท่านั้น ผลนี้ในกลุ่มที่ต่ำกว่าการนำไฟฟ้าคาร์บอนกว่ามากที่สุดสำหรับโลหะ นอกจากนี้การแบ่งพื้นที่ยังอธิบายถึงความเสถียรของกราไฟท์เหนือเพชรที่อุณหภูมิห้องอีกด้วย

allotropes ของคาร์บอน: a) เพชร ; b) กราไฟท์ ; c) lonsdaleite ; d – f) ฟูลเลอรีน (C ₆₀ , C ₅₄₀ , C ₇₀ ); g) คาร์บอนอสัณฐาน ; h) ท่อนาโนคาร์บอน

ด้วยแรงกดดันที่สูงมากคาร์บอนจะก่อตัวเป็นโลหะผสมที่มีขนาดกะทัดรัดกว่าเพชรซึ่งมีความหนาแน่นเกือบสองเท่าของกราไฟต์ ที่นี่แต่ละอะตอมจะถูกผูกมัดด้วยจัตุรมุขกับอีกสี่ตัวรวมกันเป็นเครือข่าย 3 มิติของวงแหวนหกชั้นของอะตอมที่มีรูพรุน เพชรมีเดียวกันโครงสร้างลูกบาศก์เป็นซิลิกอนและเจอร์เมเนียมและเพราะความแข็งแรงของคาร์บอนที่พันธบัตรก็เป็นสารที่ยากที่สุดที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติโดยการวัดความต้านทานต่อรอยขีดข่วน ตรงกันข้ามกับความเชื่อที่นิยมว่า"เพชรอยู่ตลอดไป"คือไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์ (Δ _f G ° (เพชร 298 K) = 2.9 kJ / mol ^[44] ) ภายใต้สภาวะปกติ (298 K, 10 ⁵  Pa) และเปลี่ยนรูปเป็นกราไฟท์ ^[18]เนื่องจากอุปสรรคด้านพลังงานกระตุ้นสูงการเปลี่ยนเป็นกราไฟต์จึงช้ามากที่อุณหภูมิปกติจนไม่สามารถสังเกตเห็นได้ มุมล่างซ้ายของแผนภาพเฟสสำหรับคาร์บอนยังไม่ได้รับการพิจารณาทดลอง แม้ว่าการศึกษาเชิงคำนวณที่ใช้วิธีทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่นจะได้ข้อสรุปว่าเมื่อT → 0 Kและp → 0 Paเพชรจะมีความเสถียรมากกว่ากราไฟต์ประมาณ 1.1 กิโลจูล / โมล แต่การศึกษาเชิงทดลองและเชิงคำนวณล่าสุดและขั้นสุดท้าย^[45]แสดงให้เห็นว่า กราไฟท์มีความเสถียรมากกว่าเพชรสำหรับT <400 Kโดยไม่มีแรงกด 2.7 kJ / mol ที่T  = 0 K และ 3.2 kJ / mol ที่T  = 298.15 K ^[46]ภายใต้เงื่อนไขบางประการคาร์บอนจะตกผลึกเป็นlonsdaleite a ตาข่ายคริสตัลหกเหลี่ยมที่ มีอะตอมทั้งหมดถูกผูกมัดด้วยโควาเลนต์และคุณสมบัติคล้ายกับเพชร ^[36]

ฟูลเลอรีเนสเป็นรูปแบบผลึกสังเคราะห์ที่มีโครงสร้างคล้ายกราไฟต์ แต่ใช้แทนเซลล์รูปหกเหลี่ยมแบนเท่านั้นเซลล์บางส่วนที่ฟูลเลอรีนเกิดขึ้นอาจเป็นรูปห้าเหลี่ยมรูปหกเหลี่ยมที่ไม่ใช่เชิงดาวเคราะห์หรือแม้แต่อะตอมของคาร์บอน ดังนั้นแผ่นจึงบิดงอเป็นทรงกลมวงรีหรือทรงกระบอก คุณสมบัติของฟูลเลอรี (แยกออกเป็นบัคกี้บอล, buckytubes และ nanobuds) ยังไม่ได้รับการวิเคราะห์อย่างเต็มที่และเป็นตัวแทนของพื้นที่รุนแรงของการวิจัยในวัสดุนาโน ชื่อฟูลเลอรีนและบัคกี้บอลตั้งตามชื่อริชาร์ดบัคมินสเตอร์ฟูลเลอร์ซึ่งเป็นที่นิยมของโดม geodesicซึ่งมีลักษณะคล้ายกับโครงสร้างของฟูลเลอรีน บัคกี้บอลเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ประกอบขึ้นจากคาร์บอนที่ถูกผูกมัดอย่างสมบูรณ์ในเชิงไตรโครนัสก่อตัวเป็นทรงกลม (ที่รู้จักกันดีที่สุดและง่ายที่สุดคือ C ₆₀ บัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีนที่มีรูปร่างคล้ายลูกฟุตบอล ) ^[30]คาร์บอนนาโนทิวบ์ (buckytubes) มีโครงสร้างคล้ายกับบัคกี้บอลยกเว้นว่าแต่ละอะตอมจะถูกผูกมัด trigonally ในแผ่นโค้งที่รูปแบบกลวงทรงกระบอก ^{[31] [32]}นาโนบัดได้รับการรายงานครั้งแรกในปี 2550 และเป็นวัสดุบัคกี้ทูบ / บัคกี้บอลลูกผสม (บัคกี้บอลถูกเชื่อมด้วยโควาเลนต์กับผนังด้านนอกของท่อนาโน) ซึ่งรวมคุณสมบัติของทั้งสองอย่างไว้ในโครงสร้างเดียว ^[33]

Comet C / 2014 Q2 (Lovejoy)ล้อมรอบด้วยไอคาร์บอนเรืองแสง

จาก allotropes ที่ค้นพบอื่น ๆคาร์บอนนาโนโฟมเป็นอัลโลโทรแบบแม่เหล็กที่ค้นพบในปี 1997 ประกอบด้วยการรวมกลุ่มของอะตอมคาร์บอนที่มีความหนาแน่นต่ำซึ่งรัดเข้าด้วยกันเป็นใยสามมิติแบบหลวม ๆ ซึ่งอะตอมจะถูกผูกมัดแบบตรีโกณมิติในหกและ วงแหวนเจ็ดชั้น มันเป็นหนึ่งในของแข็งที่รู้จักกันเบามีความหนาแน่นประมาณ 2 กก. / ม3 ^[47]ในทำนองเดียวกันคาร์บอนคล้ายแก้วมีสัดส่วนที่สูงของปิดพรุน , ^[37]แต่ขัดกับกราไฟท์ปกติชั้น graphitic จะไม่ซ้อนกันเช่นหน้าในหนังสือ แต่มีการจัดเรียงแบบสุ่ม Linear acetylenic carbon ^[39]มีโครงสร้างทางเคมี^[39] - (C ::: C) _n -. คาร์บอนในการดัดแปลงนี้มีลักษณะเป็นเส้นตรงกับsp orbital hybridizationและเป็นโพลีเมอร์ที่มีพันธะเดี่ยวและสามแบบสลับกัน คาร์ไบน์นี้ให้ความสนใจกับนาโนเทคโนโลยีเป็นอย่างมากเนื่องจากโมดูลัสของ Youngนั้นสูงกว่าวัสดุที่รู้จักยากที่สุดถึง 40 เท่านั่นคือเพชร ^[48]

ในปี 2558 ทีมงานของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐนอร์ทแคโรไลนาได้ประกาศการพัฒนาแอลโลไทป์อื่นที่พวกเขาขนานนามว่าQ-carbonซึ่งสร้างขึ้นโดยพัลส์เลเซอร์ที่มีระยะเวลาต่ำพลังงานสูงบนฝุ่นคาร์บอนอสัณฐาน Q-carbon มีรายงานว่ามีเฟอร์ริติกส์การเรืองแสงและความแข็งที่เหนือกว่าเพชร ^[49]

ในเฟสไอคาร์บอนบางส่วนอยู่ในรูปของไดคาร์บอน ( C
₂). เมื่อตื่นเต้นก๊าซนี้จะเรืองแสงเป็นสีเขียว

การเกิดขึ้น

แร่กราไฟท์แสดงด้วยเศษสตางค์สำหรับชั่ง

คริสตัลเพชรดิบ

"ปัจจุบัน" (1990s) พื้นผิวทะเล ละลายความเข้มข้นของคาร์บอนอนินทรีย์ (จาก ภูมิอากาศGLODAP )

คาร์บอนเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีมากเป็นอันดับสี่ในเอกภพที่สังเกตได้โดยมวลรองจากไฮโดรเจนฮีเลียมและออกซิเจน คาร์บอนอยู่มากมายในอาทิตย์ , ดาว , ดาวหางและในชั้นบรรยากาศมากที่สุดดาวเคราะห์ ^[50]บางอุกกาบาตประกอบด้วยเพชรกล้องจุลทรรศน์ที่กำลังก่อตัวขึ้นเมื่อระบบพลังงานแสงอาทิตย์ยังคงเป็นดิสก์ก่อกำเนิด ^[51]เพชรขนาดเล็กอาจเกิดขึ้นได้จากความกดดันและอุณหภูมิสูงที่บริเวณที่มีการกระทบของอุกกาบาต ^[52]

ในปี 2014 นาซาประกาศฐานข้อมูลการอัพเกรดอย่างมากสำหรับการติดตามไฮโดรคาร์บอน (PAHs) ในจักรวาล คาร์บอนมากกว่า 20% ในจักรวาลอาจเกี่ยวข้องกับ PAHs สารประกอบเชิงซ้อนของคาร์บอนและไฮโดรเจนที่ไม่มีออกซิเจน ^[53]เหล่านี้รูปสารประกอบในสมมติฐาน PAH โลกที่พวกเขาจะตั้งสมมติฐานที่จะมีบทบาทในอาราและการก่อตัวของชีวิต PAHs ดูเหมือนจะได้รับรูปแบบ "สองสามพันล้านปีที่ผ่านมา" หลังจากที่บิ๊กแบงเป็นที่แพร่หลายไปทั่วจักรวาลและมีความเกี่ยวข้องกับดาวดวงใหม่และดาวเคราะห์นอกระบบ ^[50]

มีการประมาณกันว่าโลกที่เป็นของแข็งโดยรวมมีคาร์บอน730 ppmโดยที่แกนกลาง 2,000 ppm และ 120 ppm ในแมนเทิลและเปลือกโลกรวมกัน ^[54]เนื่องจากมวลของโลกคือ5.972 × 10 ²⁴  กก.ซึ่งจะบ่งบอกถึงคาร์บอน4360 ล้านกิกะตัน มากกว่าปริมาณคาร์บอนในมหาสมุทรหรือชั้นบรรยากาศ (ด้านล่าง)

เมื่อใช้ร่วมกับออกซิเจนในคาร์บอนไดออกไซด์จะพบคาร์บอนในชั้นบรรยากาศของโลก (คาร์บอนประมาณ 900 กิกะตัน - แต่ละ ppm จะเท่ากับ 2.13 Gt) และละลายในแหล่งน้ำทั้งหมด (คาร์บอนประมาณ 36,000 กิกะตัน) คาร์บอนในชีวมณฑลได้รับการประเมินที่ 550 gigatonnes แต่มีความไม่แน่นอนที่มีขนาดใหญ่เนื่องจากส่วนใหญ่จะเป็นความไม่แน่นอนอย่างมากในปริมาณของบกลึกแบคทีเรียใต้ผิวดิน ^[55] ไฮโดรคาร์บอน (เช่นถ่านหิน , น้ำมันปิโตรเลียมและก๊าซธรรมชาติ ) มีคาร์บอนเป็นอย่างดี "ปริมาณสำรอง" ของถ่านหิน (ไม่ใช่ "ทรัพยากร")อยู่ที่ประมาณ 900 กิกะตันและอาจมีทรัพยากร 18,000 Gt ^[56] น้ำมันสำรองอยู่ที่ประมาณ 150 กิกะตัน แหล่งที่มาของก๊าซธรรมชาติที่พิสูจน์แล้วเป็นเรื่องเกี่ยวกับ175 × 10 ¹²  ลูกบาศก์เมตร (มีคาร์บอนประมาณ 105 กิกะตัน) แต่การศึกษาประเมินอีกอย่างหนึ่ง900 × 10 ¹²  ลูกบาศก์เมตรของเงินฝากที่ "ผิดปกติ" เช่นก๊าซจากชั้นหินคิดเป็นคาร์บอนประมาณ 540 กิกะตัน ^[57]

คาร์บอนยังพบได้ในมีเธนไฮเดรตในบริเวณขั้วโลกและใต้ทะเล ค่าประมาณต่างๆระบุว่าคาร์บอนนี้อยู่ระหว่าง 500, 2500 Gt , ^[58]หรือ 3,000 Gt ^[59]

ในอดีตปริมาณของไฮโดรคาร์บอนมีมากกว่านี้ ตามแหล่งที่มาหนึ่งในช่วงปี 1751 ถึง 2008 คาร์บอนประมาณ 347 กิกะตันถูกปล่อยออกมาเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สู่ชั้นบรรยากาศจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล ^[60]แหล่งอื่นทำให้ปริมาณที่เพิ่มเข้าสู่ชั้นบรรยากาศสำหรับช่วงเวลาตั้งแต่ปี 1750 อยู่ที่ 879 Gt และรวมไปที่ชั้นบรรยากาศทะเลและบนบก (เช่นที่ลุ่มพรุ ) ที่เกือบ 2,000 Gt. ^[61]

คาร์บอนเป็นส่วนประกอบ (ประมาณ 12% โดยมวล) ของมวลชนขนาดใหญ่มากของคาร์บอเนตหิน ( หินปูน , โดโลไมต์ , หินอ่อนและอื่น ๆ ) ถ่านหินมากอุดมไปด้วยคาร์บอน ( แอนทราไซต์มี 92-98%) ^[62]และเป็นแหล่งการค้าที่ใหญ่ที่สุดของคาร์บอนแร่, การบัญชีสำหรับ 4,000 gigatonnes หรือ 80% ของเชื้อเพลิงฟอสซิล ^[63]

ในฐานะที่เป็น allotropes คาร์บอนแต่ละไฟท์ที่พบในปริมาณมากในประเทศสหรัฐอเมริกา (ส่วนใหญ่อยู่ในนิวยอร์กและเท็กซัส ), รัสเซีย , เม็กซิโก , กรีนแลนด์และอินเดีย เพชรธรรมชาติเกิดขึ้นในหินคิมเบอร์ไลต์ซึ่งพบใน"คอ" หรือ "ท่อ" ของภูเขาไฟโบราณ ส่วนใหญ่เงินฝากเพชรอยู่ในแอฟริกาสะดุดตาในแอฟริกาใต้ , นามิเบีย , บอตสวานาที่สาธารณรัฐคองโกและเซียร์ราลีโอน เงินฝากเพชรยังได้รับการพบในอาร์คันซอ , แคนาดา , รัสเซียอาร์กติก , บราซิลและในภาคเหนือและภาคตะวันตกของประเทศออสเตรเลีย เพชรอยู่ในขณะนี้ยังมีการกู้คืนจากพื้นมหาสมุทรปิดแหลมกู๊ดโฮ พบเพชรตามธรรมชาติ แต่ปัจจุบันมีการผลิตประมาณ 30% ของเพชรอุตสาหกรรมทั้งหมดที่ใช้ในสหรัฐอเมริกา

Carbon-14 จะเกิดขึ้นในชั้นบนของ troposphere และบรรยากาศที่ระดับความสูง 9-15 กม. จากปฏิกิริยาที่มีการตกตะกอนโดยรังสีคอสมิก ^[64] นิวตรอนความร้อนถูกผลิตขึ้นโดยชนกับนิวเคลียสของไนโตรเจน -14 กลายเป็นคาร์บอน -14 และโปรตอน เช่นนี้1.5% × 10 ⁻¹⁰ของคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศประกอบด้วยคาร์บอน -14 ^[65]

ดาวเคราะห์น้อยที่อุดมด้วยคาร์บอนมีความสำคัญยิ่งในส่วนด้านนอกของแถบดาวเคราะห์น้อยของเราในระบบสุริยจักรวาล ดาวเคราะห์น้อยเหล่านี้ยังไม่ได้รับการสุ่มตัวอย่างโดยตรงจากนักวิทยาศาสตร์ ดาวเคราะห์น้อยสามารถใช้ในการทำเหมืองคาร์บอนตามพื้นที่สมมุติซึ่งอาจเป็นไปได้ในอนาคต แต่ในปัจจุบันยังเป็นไปไม่ได้ในทางเทคโนโลยี ^[66]

ไอโซโทป

ไอโซโทปของคาร์บอนคือนิวเคลียสของอะตอมที่ประกอบด้วยโปรตอนหกตัวบวกนิวตรอนจำนวนหนึ่ง(ตั้งแต่ 2 ถึง 16) คาร์บอนมีสองมั่นคงเกิดขึ้นตามธรรมชาติไอโซโทป ^[15]ไอโซโทปคาร์บอน -12 ( ¹² C) ก่อตัวเป็น 98.93% ของคาร์บอนบนโลกในขณะที่คาร์บอน -13 ( ¹³ C) ก่อตัวเป็น 1.07% ที่เหลือ ^[15]ความเข้มข้นของ¹² C จะเพิ่มขึ้นอีกในวัสดุชีวภาพเนื่องจากปฏิกิริยาทางชีวเคมีเลือกปฏิบัติกับ¹³ C. ^[67]ในปีพ. ศ. 2504 สหภาพเคมีบริสุทธิ์และเคมีประยุกต์ระหว่างประเทศ (IUPAC) ได้ใช้ไอโซโทปคาร์บอน -12เป็นพื้นฐานสำหรับอะตอม น้ำหนัก . ^{[68] การ}ระบุคาร์บอนในการทดลองด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านิวเคลียร์ (NMR) ทำได้ด้วยไอโซโทป¹³ C

Carbon-14 ( ¹⁴ C) เป็นธรรมชาติที่เกิดขึ้นไอโซโทปที่สร้างขึ้นในบรรยากาศชั้นบน (ต่ำกว่าบรรยากาศและบนtroposphere ) จากปฏิกิริยาของไนโตรเจนกับรังสีคอสมิก ^[69]พบในปริมาณการติดตามบนโลก 1 ส่วนต่อล้านล้าน (0.0000000001%) หรือมากกว่านั้นส่วนใหญ่ถูกกักขังอยู่ในชั้นบรรยากาศและการสะสมผิวเผินโดยเฉพาะพีทและวัสดุอินทรีย์อื่น ๆ ^[70]ไอโซโทปนี้สลายตัว 0.158 MeV β -การปล่อยออกมา เนื่องจากครึ่งชีวิตที่ค่อนข้างสั้นคือ 5730 ปีจึงแทบไม่มี¹⁴ C ในหินโบราณ ปริมาณ¹⁴ C ในบรรยากาศและในสิ่งมีชีวิตเกือบคงที่ แต่จะลดลงอย่างคาดเดาได้ในร่างกายของพวกมันหลังความตาย หลักการนี้ใช้ในการออกเดทของเรดิโอคาร์บอนซึ่งคิดค้นในปีพ. ศ. 2492 ซึ่งถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางเพื่อกำหนดอายุของวัสดุคาร์บอเนเซียสที่มีอายุถึง 40,000 ปี ^{[71] [72]}

มีไอโซโทปของคาร์บอน 15 ไอโซโทปและอายุสั้นที่สุดคือ⁸ C ซึ่งสลายตัวโดยการปล่อยโปรตอนและการสลายตัวของอัลฟาและมีครึ่งชีวิต 1.98739 × 10 ⁻²¹วินาที ^[73]แปลกใหม่¹⁹ C การจัดแสดงนิทรรศการรัศมีนิวเคลียร์ซึ่งหมายความว่ารัศมีคือประเมินมีขนาดใหญ่เกินกว่าจะคาดถ้านิวเคลียสเป็นทรงกลมคงหนาแน่น ^[74]

การก่อตัวในดวงดาว

การก่อตัวของคาร์บอนนิวเคลียสเกิดขึ้นภายในยักษ์หรือซุปเปอร์ยักษ์ดาวผ่านสามอัลฟากระบวนการ สิ่งนี้ต้องการการชนกันของอนุภาคแอลฟาสามตัว ( นิวเคลียสของฮีเลียม ) เกือบพร้อม ๆ กันเนื่องจากผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันเพิ่มเติมของฮีเลียมกับไฮโดรเจนหรือนิวเคลียสของฮีเลียมอื่นผลิตลิเธียม -5และเบริลเลียม -8ตามลำดับซึ่งทั้งสองอย่างนี้ไม่เสถียรสูงและสลายตัวไปเกือบหมด กลับเข้าสู่นิวเคลียสที่เล็กกว่าทันที ^[75]กระบวนการสามอัลฟาที่เกิดขึ้นในเงื่อนไขของอุณหภูมิที่สูงกว่า 100 megakelvins และความเข้มข้นของก๊าซฮีเลียมที่ขยายตัวอย่างรวดเร็วและการทำความเย็นของเอกภพในยุคต้นสิ่งต้องห้ามและคาร์บอนดังนั้นจึงไม่มีนัยสำคัญที่ถูกสร้างขึ้นในช่วงบิ๊กแบง

ตามทฤษฎีปัจจุบันร่างกายจักรวาลคาร์บอนจะเกิดขึ้นในการตกแต่งภายในของดาวในสาขาแนวนอน ^[76]เมื่อดาวมวลมากตายในฐานะซูเปอร์โนวาคาร์บอนจะกระจัดกระจายไปในอวกาศเป็นฝุ่น ฝุ่นนี้กลายเป็นวัสดุส่วนประกอบสำหรับการก่อตัวของระบบดาวยุคถัดไปพร้อมกับดาวเคราะห์ที่ถูกสะสมไว้ ^{[50] [77]}ระบบสุริยะคือระบบดาวหนึ่งดังกล่าวมีความอุดมสมบูรณ์ของคาร์บอนที่ช่วยให้การดำรงอยู่ของชีวิตที่เรารู้ว่า

วงจรซีเอ็นโอเป็นกลไกไฮโดรเจนฟิวชั่นเพิ่มเติมที่พลังดาวประเด็นคาร์บอนทำงานเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

การเปลี่ยนการหมุนของรูปแบบต่างๆของไอโซโทปของคาร์บอนมอนอกไซด์ (ตัวอย่างเช่น¹² CO, ¹³โคโลราโดและ¹⁸ CO) มีการตรวจพบในsubmillimeterช่วงความยาวคลื่นและมีการใช้ในการศึกษาใหม่ก่อตัวดาวฤกษ์ในเมฆโมเลกุล ^[78]

วัฏจักรคาร์บอน

แผนภาพของวัฏจักรคาร์บอน ตัวเลขสีดำระบุปริมาณคาร์บอนที่กักเก็บไว้ในแหล่งกักเก็บต่างๆโดยมีหน่วยเป็นพันล้านตัน ("GtC" ย่อมาจากคาร์บอนกิกะตันตัวเลขประมาณปี 2547) ตัวเลขสีม่วงบ่งบอกว่าคาร์บอนเคลื่อนที่ระหว่างอ่างเก็บน้ำในแต่ละปีมากเพียงใด ตะกอนตามที่กำหนดไว้ในแผนภาพนี้ไม่รวม≈70ล้านกิกะหินคาร์บอเนตและ เคโรเจน

ภายใต้สภาวะบนบกการเปลี่ยนองค์ประกอบหนึ่งไปเป็นอีกองค์ประกอบหนึ่งนั้นหายากมาก ดังนั้นปริมาณคาร์บอนบนโลกจึงคงที่อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้นกระบวนการที่ใช้คาร์บอนจะต้องได้มาจากที่ใดที่หนึ่งและนำไปทิ้งที่อื่น เส้นทางของคาร์บอนในสภาพแวดล้อมแบบวัฏจักรคาร์บอน ยกตัวอย่างเช่นการสังเคราะห์แสงของพืชวาดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากบรรยากาศ (หรือน้ำทะเล) และสร้างมันเป็นชีวมวลในขณะที่คาลวินวงจรกระบวนการของการตรึงคาร์บอน ชีวมวลนี้บางส่วนถูกกินโดยสัตว์ในขณะที่คาร์บอนบางส่วนถูกสัตว์หายใจออกเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ วัฏจักรคาร์บอนนั้นซับซ้อนกว่าวงรอบสั้น ๆ อย่างมาก ตัวอย่างเช่นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์บางส่วนละลายในมหาสมุทร ถ้าแบคทีเรียไม่กินมันพืชหรือสัตว์ที่ตายแล้วอาจกลายเป็นปิโตรเลียมหรือถ่านหินซึ่งจะปล่อยคาร์บอนออกมาเมื่อถูกเผา ^{[79] [80]}

สารประกอบอินทรีย์

สูตรโครงสร้างของ มีเธนซึ่งเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่ง่ายที่สุด

ความสัมพันธ์ระหว่าง วัฏจักรคาร์บอนและการก่อตัวของสารประกอบอินทรีย์ ในพืชคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดจากการตรึงคาร์บอนสามารถเข้าร่วมกับน้ำใน การสังเคราะห์ด้วยแสง ( สีเขียว ) เพื่อสร้างสารประกอบอินทรีย์ซึ่งทั้งพืชและสัตว์สามารถนำไปใช้และแปลงเพิ่มเติมได้

คาร์บอนสามารถฟอร์มโซ่ยาวมากที่เชื่อมต่อกันพันธะคาร์บอนคาร์บอนคุณสมบัติที่เรียกว่าcatenation พันธะคาร์บอน - คาร์บอนมีความแข็งแรงและมั่นคง คาร์บอนก่อตัวเป็นสารประกอบจำนวนนับไม่ถ้วนโดยผ่านการ catenation จำนวนสารประกอบที่ไม่ซ้ำกันแสดงให้เห็นว่ามีคาร์บอนมากกว่าไม่มี ^[81]ข้อเรียกร้องที่คล้ายกันนี้สามารถทำได้สำหรับไฮโดรเจนเนื่องจากสารประกอบอินทรีย์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยไฮโดรเจนที่ยึดติดทางเคมีกับคาร์บอนหรือองค์ประกอบทั่วไปอื่น ๆ เช่นออกซิเจนหรือไนโตรเจน

รูปแบบที่ง่ายที่สุดของโมเลกุลอินทรีย์คือไฮโดรคาร์บอนซึ่งเป็นกลุ่มโมเลกุลอินทรีย์ขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยอะตอมของไฮโดรเจนที่ยึดติดกับสายโซ่ของอะตอมของคาร์บอน กระดูกสันหลังไฮโดรคาร์บอนสามารถทดแทนโดยอะตอมอื่น ๆ ที่รู้จักกันเป็นheteroatoms เฮเทอโรอะตอมทั่วไปที่ปรากฏในสารประกอบอินทรีย์ ได้แก่ ออกซิเจนไนโตรเจนกำมะถันฟอสฟอรัสและฮาโลเจนที่ไม่ก่อให้เกิดรังสีเช่นเดียวกับโลหะลิเธียมและแมกนีเซียม สารประกอบอินทรีย์ที่มีพันธะกับโลหะเรียกว่าสารประกอบออร์แกโนเมทัลลิก ( ดูด้านล่าง ) การจัดกลุ่มของอะตอมบางอย่างซึ่งมักรวมถึงความแตกต่างกันเกิดขึ้นอีกครั้งในสารประกอบอินทรีย์จำนวนมาก คอลเลกชันเหล่านี้เรียกว่าหมู่ฟังก์ชันจัดทำรูปแบบปฏิกิริยาทั่วไปและอนุญาตให้มีการศึกษาอย่างเป็นระบบและจัดหมวดหมู่ของสารประกอบอินทรีย์ ความยาวโซ่รูปร่างและหมู่ฟังก์ชันล้วนมีผลต่อคุณสมบัติของโมเลกุลอินทรีย์

ในสารประกอบที่เสถียรที่สุดของคาร์บอน (และสารประกอบอินทรีย์ที่เสถียรเกือบทั้งหมด) คาร์บอนเป็นไปตามกฎออกเตตและเป็นเตตราวาเลนต์ซึ่งหมายความว่าอะตอมของคาร์บอนจะสร้างพันธะโควาเลนต์ทั้งหมดสี่พันธะ (ซึ่งอาจรวมถึงพันธะคู่และสาม) ยกเว้นรวมถึงจำนวนเล็ก ๆ ของความเสถียรcarbocations (สามพันธบัตรประจุบวก) อนุมูล (สามพันธบัตรเป็นกลาง) carbanions (สามพันธบัตรประจุลบ) และcarbenes (สองพันธบัตรเป็นกลาง) แม้ว่าสายพันธุ์เหล่านี้มีมากมีแนวโน้มที่จะเป็น พบว่าเป็นตัวกลางที่ไม่เสถียรและมีปฏิกิริยา

คาร์บอนที่เกิดขึ้นในทุกคนที่รู้จักอินทรีย์ชีวิตและเป็นพื้นฐานของอินทรีย์เคมี เมื่อสหรัฐกับไฮโดรเจนมันเป็นสารไฮโดรคาร์บอนต่างๆที่มีความสำคัญต่ออุตสาหกรรมเป็นสารทำความเย็น , สารหล่อลื่น , ตัวทำละลาย , เป็นวัตถุดิบสำหรับการผลิตสารเคมีของพลาสติกและปิโตรเคมีและเป็นเชื้อเพลิงฟอสซิล

เมื่อรวมกับออกซิเจนและไฮโดรเจนคาร์บอนสามารถสร้างหลายกลุ่มของสารประกอบทางชีวภาพที่สำคัญ ได้แก่น้ำตาล , lignans , chitins , แอลกอฮอล์ , ไขมันและอะโรมาติกเอสเทอ , carotenoidsและterpenes ด้วยไนโตรเจนมันเป็นคาลอยด์และมีการเพิ่มของกำมะถันยังมันเป็นยาปฏิชีวนะ , กรดอะมิโนและยางผลิตภัณฑ์ ด้วยการเพิ่มฟอสฟอรัสให้กับองค์ประกอบอื่น ๆ เหล่านี้จะสร้างDNAและRNAซึ่งเป็นพาหะของรหัสเคมีของชีวิตและอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) ซึ่งเป็นโมเลกุลการถ่ายโอนพลังงานที่สำคัญที่สุดในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด

สารประกอบอนินทรีย์

ปกติคาร์บอนที่มีสารประกอบที่เกี่ยวข้องกับแร่ธาตุหรือที่ไม่ได้มีการออกพันธบัตรไปที่อื่น ๆ อะตอมคาร์บอน, ฮาโลเจนหรือไฮโดรเจนจะถือว่าแยกต่างหากจากคลาสสิกสารประกอบอินทรีย์ ; คำจำกัดความไม่เข้มงวดและการจำแนกประเภทของสารประกอบบางชนิดอาจแตกต่างกันไปในแต่ละผู้เขียน (ดูบทความอ้างอิงด้านบน) ในจำนวนนี้เป็นออกไซด์อย่างง่ายของคาร์บอน ออกไซด์ที่โดดเด่นที่สุดคือคาร์บอนไดออกไซด์ ( CO
2). นี่เคยเป็นองค์ประกอบหลักของชั้นบรรยากาศแต่เป็นองค์ประกอบส่วนน้อยของชั้นบรรยากาศของโลกในปัจจุบัน ^[82]ละลายในน้ำกลายเป็นกรดคาร์บอนิก ( H
₂บจก
₃) แต่ในฐานะที่เป็นสารประกอบส่วนใหญ่ที่มีออกซีเจนที่มีพันธะเดี่ยวหลายตัวในคาร์บอนเดียวจึงไม่เสถียร ^[83]ผ่านตัวกลางนี้แม้ว่าจะมีการผลิตไอออนคาร์บอเนตที่ มีความเสถียรด้วยเรโซแนนซ์ บางแร่ธาตุที่สำคัญมีคาร์บอเนตสะดุดตาแคลไซต์ คาร์บอนไดซัลไฟด์ ( CS
₂) คล้ายกัน. ^[23]อย่างไรก็ตามเนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพและความสัมพันธ์กับการสังเคราะห์อินทรีย์บางครั้งคาร์บอนไดซัลไฟด์จึงถูกจัดให้เป็นตัวทำละลายอินทรีย์

ออกไซด์ที่พบบ่อยอื่น ๆ คือคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) เกิดจากการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์และเป็นก๊าซที่ไม่มีสีและไม่มีกลิ่น โมเลกุลแต่ละโมเลกุลมีพันธะสามและค่อนข้างมีขั้วส่งผลให้มีแนวโน้มที่จะยึดติดอย่างถาวรกับโมเลกุลของฮีโมโกลบินแทนที่ออกซิเจนซึ่งมีความสัมพันธ์ที่มีผลผูกพันต่ำกว่า ^{[84] [85]} ไซยาไนด์ (CN ^- ) มีโครงสร้างคล้ายกัน แต่ทำงานคล้ายกับไอออนของเฮไลด์ ( pseudohalogen ) ตัวอย่างเช่นสามารถสร้างโมเลกุลของไนไตรด์ไซยาโนเจน ((CN) ₂ ) คล้ายกับไดอะตอมมิกเฮไลด์ ในทำนองเดียวกันอะนาล็อกที่หนักกว่าของไซยาไนด์ไซอะไฟด์ (CP ^- ) ก็ถือว่าเป็นอนินทรีย์เช่นกันแม้ว่าอนุพันธ์ที่เรียบง่ายส่วนใหญ่จะไม่เสถียรสูง ออกไซด์ที่ผิดปกติอื่น ๆ ได้แก่คาร์บอนซูบ็อกไซด์ ( C
₃โอ
₂), ^[86]ไดคาร์บอนมอนอกไซด์ที่ไม่เสถียร(C ₂ O), ^{[87] [88]} คาร์บอนไตรออกไซด์ (CO ₃ ), ^{[89] [90]} ไซโคลเพนทานีเพนโทน (C ₅ O ₅ ), ^[91] ไซโคลเฮกเซนเฮกโซน (C ₆ O ₆ ), ^[91]และmellitic anhydride (C ₁₂ O ₉ ) อย่างไรก็ตาม mellitic anhydride คือ triple acyl anhydride ของกรด mellitic นอกจากนี้ยังมีวงแหวนเบนซิน ดังนั้นนักเคมีหลายคนจึงคิดว่าเป็นสารอินทรีย์

ด้วยโลหะที่มีปฏิกิริยาเช่นทังสเตนคาร์บอนจะอยู่ในรูปแบบคาร์ไบด์ (C ⁴⁻ ) หรืออะซิทิไลด์ ( C²⁻
₂) เพื่อสร้างโลหะผสมที่มีจุดหลอมเหลวสูง แอนไอออนเหล่านี้ยังมีความเกี่ยวข้องกับก๊าซมีเทนและอะเซทิลีนทั้งอ่อนแอมากกรด ด้วยอิเล็ก 2.5 การ^[92]คาร์บอนชอบในรูปแบบพันธะโควาเลน ไม่กี่คาร์ไบด์มีโปรยโควาเลนต์เช่นกากเพชร (SIC) ซึ่งคล้ายกับเพชร อย่างไรก็ตามคาร์ไบด์ที่มีขั้วและคล้ายเกลือมากที่สุดก็ไม่ใช่สารประกอบไอออนิกอย่างสมบูรณ์ ^[93]

สารประกอบออร์กาโนเมทัลลิก

สารประกอบออร์กาโนเมทัลลิกตามความหมายประกอบด้วยพันธะโคเวเลนต์ของโลหะคาร์บอนอย่างน้อยหนึ่งพันธะ มีสารประกอบดังกล่าวอยู่มากมาย คลาสที่สำคัญ ได้แก่ สารประกอบอัลคิล - เมทัลอย่างง่าย (ตัวอย่างเช่นtetraethyllead ) สารประกอบη ² -alkene (ตัวอย่างเช่นเกลือของ Zeise ) และสารประกอบη ³ -allyl (ตัวอย่างเช่นallylpalladium chloride dimer ) metallocenesที่มี cyclopentadienyl ligands (ตัวอย่างเช่นferrocene ); และโลหะทรานซิเชิงซ้อน carbene มีคาร์บอนิลโลหะและไซยาไนด์โลหะจำนวนมาก(ตัวอย่างเช่นเตตระคาร์บอนิลนิคเคลและโพแทสเซียมเฟอริไซยาไนด์ ) คนงานบางคนคิดว่าสารประกอบเชิงซ้อนของคาร์บอนิลและไซยาไนด์ที่ไม่มีคาร์บอนลิแกนด์อื่น ๆ เป็นอนินทรีย์ล้วนๆไม่ใช่ออร์แกโนเมทัลลิก อย่างไรก็ตามนักเคมีออร์แกโนเมทัลลิกส่วนใหญ่มองว่าสารประกอบเชิงซ้อนของโลหะที่มีคาร์บอนลิแกนด์แม้กระทั่ง 'คาร์บอนอนินทรีย์' (เช่นคาร์บอนิลไซยาไนด์และคาร์ไบด์และอะซิทิไลด์บางประเภท) เป็นออร์แกโนเมทัลลิกในธรรมชาติ สารประกอบเชิงซ้อนของโลหะที่ประกอบด้วยลิแกนด์อินทรีย์ที่ไม่มีพันธะโควาเลนต์ของโลหะคาร์บอน (เช่นโลหะคาร์บอกซิเลต) เรียกว่าสารประกอบโลหะอนินทรีย์

ในขณะที่คาร์บอนเป็นที่เข้าใจกันดีว่าต้องการการสร้างพันธะโควาเลนต์สี่พันธะอย่างมาก แต่ก็ทราบแผนการสร้างพันธะที่แปลกใหม่อื่น ๆ Carboranesเป็นอนุพันธ์สิบสองมีความเสถียรสูงของ [B ₁₂ H ₁₂ ] ^2-หน่วยหนึ่ง BH แทนที่ด้วย CH + ดังนั้นคาร์บอนจึงถูกผูกมัดกับอะตอมโบรอน 5 อะตอมและไฮโดรเจนหนึ่งอะตอม ไอออนบวก [(Ph ₃ PAu) ₆ C] ²⁺ประกอบด้วยคาร์บอนแปดด้านผูกกับเศษฟอสฟีน - ทองหกชิ้น ปรากฏการณ์นี้ได้รับมาประกอบกับaurophilicityของแกนด์ทองที่ให้เสถียรภาพที่เพิ่มขึ้นของสายพันธุ์ labile มิฉะนั้น ^[94]โดยธรรมชาติโคแฟกเตอร์ของเหล็ก - โมลิบดีนัม ( FeMoco ) ที่ทำหน้าที่ในการตรึงไนโตรเจนของจุลินทรีย์ก็มีศูนย์คาร์บอนแปดหน้า (ในรูปแบบคาร์ไบด์ C (-IV)) ที่ผูกมัดกับเหล็กหกอะตอม ในปี 2559 ได้รับการยืนยันว่าสอดคล้องกับการคาดการณ์ทางทฤษฎีก่อนหน้านี้ไดเอชซาเมธิลเบนซีนประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนที่มีพันธะหกพันธะ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง dication สามารถอธิบายโครงสร้างได้โดยการกำหนด [MeC (η ⁵ -C ₅ Me ₅ )] ²⁺ทำให้เป็น "ออร์แกนิกmetallocene " ซึ่งส่วน MeC ³⁺จะถูกผูกมัดกับη ⁵ -C ₅ฉัน₅ ^-ชิ้นส่วนผ่านคาร์บอนทั้งห้าของวงแหวน ^[95]

อนุพันธ์ของแอนทราซีนนี้ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนที่มีอิเล็กตรอนแบบเป็นทางการ 5 คู่อยู่รอบ ๆ

สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าในกรณีข้างต้นพันธะกับคาร์บอนแต่ละตัวมีคู่อิเล็กตรอนอย่างเป็นทางการน้อยกว่าสองคู่ ดังนั้นจำนวนอิเล็กตรอนอย่างเป็นทางการของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้จะต้องไม่เกินออคเต็ต สิ่งนี้ทำให้พวกเขามี hypercoordinate แต่ไม่ใช่ไฮเปอร์วาเลนต์ แม้ในกรณีของสปีชีส์ 10-C-5 ที่ถูกกล่าวหา (นั่นคือคาร์บอนที่มี 5 แกนด์และจำนวนอิเล็กตรอนอย่างเป็นทางการเป็นสิบ) ตามรายงานของ Akiba และเพื่อนร่วมงาน^{[96] การ}คำนวณโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์สรุปได้ว่าประชากรอิเล็กตรอนรอบ ๆ คาร์บอนยังคงน้อยกว่าแปดที่เป็นจริงสำหรับสารประกอบอื่น ๆ ที่มีสี่อิเล็กตรอนสามศูนย์พันธะ

Antoine Lavoisierในวัยหนุ่มของเขา

ภาษาอังกฤษชื่อคาร์บอนมาจากภาษาลาติน คาร์โบสำหรับถ่านหินและถ่าน^[97]ไหนยังมาฝรั่งเศส Charbonความหมายถ่าน ในภาษาเยอรมัน , ภาษาดัตช์และเดนมาร์ก , ชื่อสำหรับคาร์บอนKohlenstoff , koolstofและkulstofตามลำดับอักษรความหมายทั้งหมดถ่านหิน -substance

คาร์บอนถูกค้นพบในประวัติศาสตร์และเป็นที่รู้จักในรูปแบบของเขม่าและถ่านเพื่อที่เก่าแก่ที่สุดของมนุษย์ อารยธรรม เพชรเป็นที่รู้จักกันในช่วงต้นปี 2500 ก่อนคริสตศักราชในประเทศจีนในขณะที่คาร์บอนในรูปของถ่านถูกสร้างขึ้นในสมัยโรมันด้วยเคมีแบบเดียวกับที่เป็นอยู่ในปัจจุบันโดยการให้ความร้อนแก่ไม้ในพีระมิดที่ปกคลุมด้วยดินเพื่อไม่ให้อากาศรวมเข้าด้วยกัน ^{[98] [99]}

Carl Wilhelm Scheele

ในปี 1722 René Antoine Ferchault de Réaumurแสดงให้เห็นว่าเหล็กถูกเปลี่ยนเป็นเหล็กกล้าโดยการดูดซึมของสารบางชนิดซึ่งปัจจุบันรู้จักกันว่าเป็นคาร์บอน ^[100]ในปี 1772 Antoine Lavoisierแสดงให้เห็นว่าเพชรเป็นรูปแบบหนึ่งของคาร์บอน เมื่อเขาเผาตัวอย่างของถ่านและเพชรและพบว่าไม่ว่าจะผลิตน้ำใด ๆ และว่าทั้งสองได้รับการปล่อยตัวจำนวนเดียวกันของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ต่อกรัม ในปี 1779 ^[101] Carl Wilhelm Scheeleแสดงให้เห็นว่ากราไฟต์ซึ่งคิดว่าเป็นรูปแบบของตะกั่วนั้นเหมือนกับถ่าน แต่มีส่วนผสมของเหล็กเล็กน้อยและมันให้ "กรดทางอากาศ" (ชื่อของเขาสำหรับคาร์บอน ไดออกไซด์) เมื่อออกซิไดซ์ด้วยกรดไนตริก ^[102]ใน 1786 นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสClaude หลุยส์ Berthollet , Gaspard Mongeและ CA Vandermonde ยืนยันไฟท์ที่ส่วนใหญ่เป็นคาร์บอนโดยการออกซิไดซ์ในออกซิเจนในทางเดียวกันมากเยร์ได้ทำด้วยเพชร ^[103]เหล็กบางส่วนถูกทิ้งไว้อีกครั้งซึ่งนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสคิดว่าจำเป็นต่อโครงสร้างกราไฟต์ ในสิ่งพิมพ์ของพวกเขาพวกเขาเสนอชื่อcarbone (Latin carbonum ) สำหรับองค์ประกอบในกราไฟต์ซึ่งให้ออกมาเป็นก๊าซเมื่อเผากราไฟต์ จากนั้น Antoine Lavoisier ได้ระบุคาร์บอนเป็นองค์ประกอบในหนังสือเรียนปี 1789 ของเขา ^[104]

ใหม่อัญรูปของคาร์บอนfullereneที่ถูกค้นพบในปี 1985 ^[105]รวมถึงอิเล็กทรอนิคส์รูปแบบเช่นบัคกี้บอลและท่อนาโน ^{[30] ผู้}ค้นพบของพวกเขา - Robert Curl , Harold KrotoและRichard Smalley  - ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 1996 ^[106]ผลที่ได้รับความสนใจในรูปแบบใหม่ทำให้เกิดการค้นพบ allotropes ที่แปลกใหม่เพิ่มเติมรวมถึงคาร์บอนที่เป็นแก้วและการทำให้เป็นจริง ว่า " คาร์บอนอสัณฐาน " ไม่ได้เป็นอย่างเคร่งครัดสัณฐาน ^[37]

กราไฟท์

ในเชิงพาณิชย์เงินฝากตามธรรมชาติที่มีศักยภาพของกราไฟท์เกิดขึ้นในหลายส่วนของโลก แต่แหล่งที่สำคัญที่สุดทางเศรษฐกิจอยู่ในประเทศจีน , อินเดีย , บราซิลและเกาหลีเหนือ เงินฝากไฟท์เป็นหินแปรต้นกำเนิดที่พบในการเชื่อมโยงกับควอทซ์ , ไมกาและเฟลด์สปาร์ใน schists, gneissesและ metamorphosed หินทรายและหินปูนเป็นเลนส์หรือเส้นเลือดบางครั้งเมตรหรือมากกว่าในความหนา เงินฝากของกราไฟท์ในBorrowdale , คัมเบอร์แลนด์ , อังกฤษเป็นครั้งแรกที่มีขนาดเพียงพอและความบริสุทธิ์นั้นจนกระทั่งศตวรรษที่ 19, ดินสอที่ทำง่ายๆโดยการเลื่อยบล็อกของกราไฟท์ธรรมชาติเป็นเส้นก่อนที่จะ encasing แถบไม้ ปัจจุบันกราไฟต์ที่มีปริมาณน้อยได้มาจากการบดหินแม่และลอยกราไฟท์ที่มีน้ำหนักเบาลงบนน้ำ ^[107]

กราไฟท์ธรรมชาติมีอยู่ 3 ประเภท ได้แก่ อสัณฐานเกล็ดหรือเกล็ดผลึกและเส้นเลือดหรือก้อน กราไฟท์อสัณฐานมีคุณภาพต่ำที่สุดและมีมากที่สุด ตรงกันข้ามกับวิทยาศาสตร์ในอุตสาหกรรม "อสัณฐาน" หมายถึงขนาดผลึกที่เล็กมากแทนที่จะขาดโครงสร้างผลึกอย่างสมบูรณ์ Amorphous ใช้สำหรับผลิตภัณฑ์กราไฟท์ที่มีมูลค่าต่ำกว่าและเป็นกราไฟท์ที่มีราคาต่ำที่สุด กราไฟท์อสัณฐานขนาดใหญ่พบในจีนยุโรปเม็กซิโกและสหรัฐอเมริกา กราไฟท์แบบเกล็ดมีน้อยกว่าและมีคุณภาพสูงกว่าอสัณฐาน เกิดเป็นแผ่นเปลือกโลกแยกจากกันที่ตกผลึกในหินแปร กราไฟท์แบบเกล็ดสามารถเป็นสี่เท่าของราคาอสัณฐาน เกล็ดที่มีคุณภาพดีสามารถนำมาแปรรูปเป็นกราไฟท์ขยายได้สำหรับการใช้งานเป็นจำนวนมากเช่นสารทนไฟ เงินฝากที่สำคัญที่สุดอยู่ในออสเตรียบราซิลแคนาดาจีนเยอรมนีและมาดากัสการ์ กราไฟท์ที่เป็นเส้นเลือดหรือก้อนเป็นกราไฟท์ธรรมชาติที่หายากมีค่าที่สุดและมีคุณภาพสูงสุด มันเกิดขึ้นในเส้นเลือดตามการสัมผัสที่ล่วงล้ำเป็นก้อนแข็งและขุดได้ในเชิงพาณิชย์ในศรีลังกาเท่านั้น ^[107]

จากข้อมูลของUSGSการผลิตกราไฟท์ธรรมชาติของโลกอยู่ที่ 1.1 ล้านตันในปี 2010 ซึ่งจีนมีส่วนสนับสนุน 800,000 ตันอินเดีย 130,000 ตันบราซิล 76,000 ตันเกาหลีเหนือ 30,000 ตันและแคนาดา 25,000 ตัน ไม่มีรายงานกราไฟท์ธรรมชาติที่ขุดได้ในสหรัฐอเมริกา แต่มีการผลิตกราไฟท์สังเคราะห์ 118,000 ตันที่มีมูลค่าประมาณ 998 ล้านดอลลาร์ในปี 2552 ^[107]

เพชร

ผลผลิตเพชรในปี 2548

ห่วงโซ่อุปทานเพชรถูกควบคุมโดยธุรกิจที่มีประสิทธิภาพจำนวน จำกัด และยังมีการกระจุกตัวสูงในสถานที่เล็ก ๆ ทั่วโลก (ดูรูป)

แร่เพชรมีเพียงเศษเล็กเศษน้อยเท่านั้นที่ประกอบด้วยเพชรแท้ แร่จะถูกบดในระหว่างที่ต้องใช้ความระมัดระวังเพื่อป้องกันไม่ให้เพชรขนาดใหญ่ถูกทำลายในกระบวนการนี้และต่อมาอนุภาคจะถูกจัดเรียงตามความหนาแน่น ปัจจุบันเพชรอยู่ในเศษความหนาแน่นที่อุดมด้วยเพชรด้วยความช่วยเหลือของการเรืองแสงด้วยรังสีเอกซ์หลังจากนั้นขั้นตอนการคัดแยกขั้นสุดท้ายจะทำด้วยมือ ก่อนที่การใช้รังสีเอกซ์จะกลายเป็นเรื่องธรรมดาการแยกจะทำด้วยสายพานจาระบี เพชรมีแนวโน้มที่จะยึดติดกับจาระบีได้ดีกว่าแร่ธาตุอื่น ๆ ในแร่ ^[108]

ในอดีตเป็นที่ทราบกันดีว่าเพชรสามารถพบได้เฉพาะในแหล่งสะสมทางตอนใต้ของอินเดียเท่านั้น ^[109]อินเดียเป็นผู้นำของโลกในการผลิตเพชรตั้งแต่ช่วงเวลาที่ค้นพบในราวศตวรรษที่ 9 ก่อนคริสต์ศักราช^[110]ถึงกลางศตวรรษที่ 18 แต่ศักยภาพทางการค้าของแหล่งเหล่านี้หมดลงในช่วงปลายศตวรรษที่ 18 และที่ ครั้งนั้นอินเดียถูกบราซิลบดบังซึ่งพบเพชรที่ไม่ใช่อินเดียเป็นครั้งแรกในปี 1725 ^[111]

การผลิตเพชรจากเงินฝากขั้นต้น (Kimberlites และ Lamproites) เริ่มต้นในปี 1870 หลังจากการค้นพบทุ่งเพชรในแอฟริกาใต้ การผลิตเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปและตอนนี้มีการขุดรวม 4.5 พันล้านกะรัตตั้งแต่วันนั้น ^[112]ประมาณ 20% ของจำนวนนั้นถูกขุดในช่วง 5 ปีที่ผ่านมาเพียงอย่างเดียวและในช่วงสิบปีที่ผ่านมามีเหมืองใหม่ 9 แห่งได้เริ่มการผลิตในขณะที่อีก 4 แห่งกำลังรอการเปิดในไม่ช้า เหมืองเหล่านี้ส่วนใหญ่ตั้งอยู่ในแคนาดาซิมบับเวแองโกลาและอีกแห่งหนึ่งในรัสเซีย ^[112]

ในประเทศสหรัฐอเมริกา, เพชรได้ถูกพบในอาร์คันซอ , โคโลราโดและรัฐมอนแทนา ^{[113] [114]}ในปี 2004 การค้นพบเพชรขนาดเล็กที่น่าตกใจในสหรัฐอเมริกา^[115]นำไปสู่การสุ่มตัวอย่างท่อคิมเบอร์ไลต์จำนวนมากในเดือนมกราคม 2551 ในพื้นที่ห่างไกลของมอนทาน่า ^[116]

วันนี้เงินฝากเพชรเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่อยู่ในรัสเซีย , บอตสวานา , ออสเตรเลียและสาธารณรัฐประชาธิปไตยคองโก ^[117]ในปี 2005 รัสเซียผลิตเกือบหนึ่งในห้าของการส่งออกเพชรระดับโลกรายงานการสำรวจทางธรณีวิทยาของอังกฤษ ออสเตรเลียมีท่อ diamantiferous ที่ร่ำรวยที่สุดโดยมีการผลิตถึงระดับสูงสุด 42 เมตริกตัน (41 ตันยาว 46 ตันสั้น) ต่อปีในปี 1990 ^[113]นอกจากนี้ยังมีเงินฝากในเชิงพาณิชย์ถูกขุดแข็งขันในดินแดนภาคตะวันตกเฉียงเหนือของแคนาดา , ไซบีเรีย (ส่วนใหญ่ในดินแดน Yakutiaเช่นท่อเมียร์และท่อ Udachnaya ), บราซิล, และในภาคเหนือและตะวันตกของออสเตรเลีย

ไส้ดินสอสำหรับดินสอกดทำจาก กราไฟต์ (มักผสมกับดินเหนียวหรือสารยึดเกาะสังเคราะห์)

ไม้เถาและถ่านอัด แท่ง

ผ้าทอเส้นใยคาร์บอน

ซิลิคอนคาร์ไบด์ ผลึกเดี่ยว

C ₆₀ fullerene ในรูปแบบผลึก

ดอกเอ็นมิลคาร์ไบด์ทังสเตน

คาร์บอนมีความจำเป็นต่อระบบสิ่งมีชีวิตที่รู้จักกันทั้งหมดและหากไม่มีชีวิตอย่างที่เรารู้ว่ามันไม่มีอยู่จริง (ดูชีวเคมีทางเลือก ) การใช้คาร์บอนในเชิงเศรษฐกิจที่สำคัญนอกเหนือจากอาหารและไม้อยู่ในรูปของไฮโดรคาร์บอนโดยเฉพาะอย่างยิ่งก๊าซมีเธนเชื้อเพลิงฟอสซิล และน้ำมันดิบ (ปิโตรเลียม) น้ำมันดิบจะกลั่นในโรงกลั่นโดยอุตสาหกรรมปิโตรเคมีในการผลิตน้ำมันเบนซิน , น้ำมันก๊าดและผลิตภัณฑ์อื่น ๆ เซลลูโลสเป็นธรรมชาติโพลิเมอร์คาร์บอนที่มีการผลิตโดยพืชในรูปแบบของไม้ , ผ้าฝ้าย , ผ้าลินินและป่าน เซลลูโลสใช้เป็นหลักในการรักษาโครงสร้างในพืช โพลิเมอร์คาร์บอนที่มีคุณค่าในเชิงพาณิชย์ที่ได้จากสัตว์ ได้แก่ขนสัตว์ , ผ้าขนสัตว์ชนิดหนึ่งและผ้าไหม พลาสติกทำจากโพลีเมอร์คาร์บอนสังเคราะห์ซึ่งมักมีอะตอมของออกซิเจนและไนโตรเจนรวมอยู่ในห่วงโซ่พอลิเมอร์หลักเป็นระยะ วัตถุดิบสำหรับสารสังเคราะห์เหล่านี้จำนวนมากมาจากน้ำมันดิบ

การใช้คาร์บอนและสารประกอบมีความหลากหลายมาก มันสามารถสร้างโลหะผสมกับเหล็กของที่พบมากที่สุดคือเหล็กคาร์บอน กราไฟท์จะถูกรวมกับดินเหนียวในรูปแบบ 'นำ' ใช้ในดินสอที่ใช้สำหรับการเขียนและการวาดภาพ นอกจากนี้ยังใช้เป็นสารหล่อลื่นและเม็ดสีเป็นวัสดุปั้นในแก้วผลิตในขั้วไฟฟ้าสำหรับผิวแห้งแบตเตอรี่และไฟฟ้าและelectroformingในแปรงสำหรับมอเตอร์ไฟฟ้าและเป็นนิวตรอนในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

ถ่านถูกนำมาใช้เป็นวัสดุในการวาดภาพงานศิลปะ , บาร์บีคิวย่าง , ถลุงเหล็กและในการใช้งานอื่น ๆ อีกมากมาย ไม้ถ่านหินและน้ำมันที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตพลังงานและความร้อน เพชรคุณภาพดีใช้ในเครื่องประดับส่วนเพชรอุตสาหกรรมใช้ในการเจาะตัดและขัดเครื่องมือสำหรับการตัดเฉือนโลหะและหิน พลาสติกที่ทำจากสารไฮโดรคาร์บอนฟอสซิลและคาร์บอนไฟเบอร์ที่ทำโดยไพโรไลซิสังเคราะห์โพลีเอสเตอร์ เส้นใยที่ใช้ในการเสริมสร้างพลาสติกในรูปแบบที่ทันสมัยน้ำหนักเบาวัสดุคอมโพสิต

คาร์บอนไฟเบอร์ทำโดยไพโรไลซิสของเส้นใยที่ผ่านการอัดขึ้นรูปและยืดออกของโพลีอะคริโลไนไตรล์ (PAN) และสารอินทรีย์อื่น ๆ โครงสร้างการตกผลึกและคุณสมบัติเชิงกลของเส้นใยขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุเริ่มต้นและการประมวลผลในภายหลัง เส้นใยคาร์บอนที่ทำจาก PAN มีโครงสร้างคล้ายกับเส้นใยกราไฟท์แคบ ๆ แต่การประมวลผลด้วยความร้อนอาจจัดลำดับโครงสร้างใหม่ให้เป็นแผ่นรีดต่อเนื่อง ผลลัพธ์ที่ได้คือเส้นใยที่มีความต้านทานแรงดึงจำเพาะสูงกว่าเหล็ก ^[118]

คาร์บอนสีดำใช้เป็นสีดำเม็ดสีในการพิมพ์ หมึกสีน้ำมันและน้ำของศิลปินสีกระดาษคาร์บอนเสร็จสิ้นยานยนต์หมึกอินเดียและเครื่องพิมพ์เลเซอร์ หมึก คาร์บอนแบล็กยังใช้เป็นสารเติมเต็มในผลิตภัณฑ์ยางเช่นยางรถยนต์และในสารประกอบพลาสติก ถ่านกัมมันจะถูกใช้เป็นสารดูดซับและตัวดูดซับในการกรองวัสดุที่ใช้ในการใช้งานที่หลากหลายเช่นหน้ากากป้องกันแก๊ส , น้ำบริสุทธิ์และห้องครัว หมวกระบายและยาเพื่อดูดซับสารพิษสารพิษหรือก๊าซจากระบบย่อยอาหาร คาร์บอนถูกใช้ในการลดสารเคมีที่อุณหภูมิสูง โค้กใช้เพื่อลดแร่เหล็กลงในเหล็ก (การถลุงแร่) การชุบแข็งเหล็กกรณีทำได้โดยการให้ความร้อนแก่ส่วนประกอบเหล็กสำเร็จรูปในผงคาร์บอน คาร์ไบด์ของซิลิกอน , ทังสเตน , โบรอนและไทเทเนียมอยู่ในหมู่วัสดุที่เป็นที่รู้จักกันที่ยากที่สุดและจะถูกใช้เป็นกัดกร่อนในการตัดและเครื่องมือบด สารประกอบคาร์บอนประกอบเป็นวัสดุส่วนใหญ่ที่ใช้ในเสื้อผ้าเช่นสิ่งทอและหนังจากธรรมชาติและสังเคราะห์และพื้นผิวภายในเกือบทั้งหมดในสภาพแวดล้อมที่สร้างขึ้นนอกเหนือจากแก้วหินและโลหะ

เพชร

เพชรอุตสาหกรรมตกอยู่ในสองประเภทหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการอัญมณีเพชรเกรดและอื่น ๆ ด้วยเพชรอุตสาหกรรมชั้น แม้ว่าจะมีการซื้อขายเพชรทั้งสองประเภทเป็นจำนวนมาก แต่ตลาดทั้งสองแห่งก็มีการทำงานที่แตกต่างกันอย่างมาก

ต่างจากโลหะมีค่าเช่นทองคำหรือทองคำขาวเพชรพลอยไม่ได้แลกเปลี่ยนเป็นสินค้าโภคภัณฑ์เนื่องจากการขายเพชรมีมูลค่าเพิ่มขึ้นอย่างมากและไม่มีตลาดขายเพชรที่คึกคักมากนัก

เพชรอุตสาหกรรมมีมูลค่าส่วนใหญ่ในด้านความแข็งและการนำความร้อนโดยคุณสมบัติทางอัญมณีของความใสและสีส่วนใหญ่ไม่เกี่ยวข้อง ประมาณ 80% ของเพชรที่ขุดได้ (เท่ากับประมาณ 100 ล้านกะรัตหรือ 20 ตันต่อปี) มีความเหมาะสมสำหรับการใช้เป็นอัญมณีที่จะผลักไสสำหรับใช้ในอุตสาหกรรม (ที่รู้จักกันbort ) ^[119] เพชรสังเคราะห์ที่ประดิษฐ์ขึ้นในปี 1950 พบว่าสามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรมได้ เพชรสังเคราะห์3 พันล้านกะรัต (600  ตัน ) ถูกผลิตขึ้นทุกปี ^[120]

การใช้เพชรในอุตสาหกรรมที่โดดเด่นคือการเจียระไนเจาะเจียรและขัดเงา การใช้งานส่วนใหญ่ไม่ต้องการเพชรขนาดใหญ่ ในความเป็นจริงเพชรส่วนใหญ่ที่มีคุณภาพยกเว้นอัญมณีขนาดเล็กสามารถนำมาใช้ในเชิงอุตสาหกรรมได้ เพชรฝังอยู่ในปลายสว่านหรือใบเลื่อยหรือบดเป็นผงเพื่อใช้ในงานเจียระไนและขัดเงา ^[121]การใช้งานเฉพาะรวมถึงการใช้ในห้องปฏิบัติการเป็นบรรจุสำหรับการทดลองแรงดันสูง (ดูเซลล์ทั่งเพชร ) ที่มีประสิทธิภาพสูงแบริ่งและการใช้งานที่ จำกัด อยู่ในเฉพาะหน้าต่าง ^{[122] [123]}ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในการผลิตเพชรสังเคราะห์การใช้งานใหม่ ๆ จึงมีความเป็นไปได้ เก็บเกี่ยวความตื่นเต้นมากคือการใช้งานที่เป็นไปได้ของเพชรเป็นสารกึ่งตัวนำที่เหมาะสมสำหรับไมโครชิปและเพราะคุณสมบัตินำไฟฟ้าความร้อนที่โดดเด่นเป็นอ่างความร้อนในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ^[124]

คนงานใน โรงงานคาร์บอนแบล็คใน Sunray รัฐเท็กซัส (ภาพโดย John Vachon , 1942)

คาร์บอนบริสุทธิ์มีความเป็นพิษต่อมนุษย์ต่ำมากและสามารถจัดการได้อย่างปลอดภัยในรูปแบบของกราไฟต์หรือถ่าน ทนต่อการละลายหรือการโจมตีของสารเคมีแม้ในสภาพที่เป็นกรดของระบบทางเดินอาหาร ดังนั้นเมื่อมันเข้าไปในเนื้อเยื่อของร่างกายก็มีแนวโน้มที่จะยังคงอยู่ที่นั่นไปเรื่อย ๆ คาร์บอนแบล็กอาจเป็นหนึ่งในเม็ดสีแรกที่ใช้สำหรับการสักและÖtzi the Icemanพบว่ามีรอยสักคาร์บอนที่รอดชีวิตมาได้ในช่วงชีวิตของเขาและเป็นเวลา 5200 ปีหลังจากที่เขาเสียชีวิต ^[125]การสูดดมฝุ่นถ่านหินหรือเขม่า (คาร์บอนสีดำ) ในปริมาณมากอาจเป็นอันตรายได้เกิดการระคายเคืองเนื้อเยื่อปอดและก่อให้เกิดเลือดคั่งในปอดโรคpneumoconiosis coalworker ของ ฝุ่นเพชรที่ใช้เป็นสารกัดกร่อนอาจเป็นอันตรายได้หากกินเข้าไปหรือสูดดม อนุภาคคาร์บอนขนาดเล็กผลิตในควันไอเสียของเครื่องยนต์ดีเซลและอาจสะสมในปอด ^[126]ในตัวอย่างเหล่านี้อันตรายอาจเกิดจากสารปนเปื้อน (เช่นสารอินทรีย์โลหะหนัก) แทนที่จะเป็นคาร์บอน

คาร์บอนโดยทั่วไปมีความเป็นพิษต่ำที่จะมีชีวิตบนโลก ; แต่อนุภาคนาโนคาร์บอนเป็นอันตรายต่อแมลงหวี่ ^[127]

คาร์บอนอาจเผาไหม้อย่างรุนแรงและสว่างไสวเมื่อมีอากาศที่อุณหภูมิสูง การสะสมของถ่านหินจำนวนมากซึ่งยังคงเฉื่อยอยู่เป็นเวลาหลายร้อยล้านปีในกรณีที่ไม่มีออกซิเจนอาจเกิดการลุกไหม้ได้เองเมื่อสัมผัสกับอากาศในปลายของเสียในเหมืองถ่านหินที่เก็บสินค้าทางเรือและบังเกอร์ถ่านหิน^{[128] [129]}และที่เก็บของ .

ในงานนิวเคลียร์ที่ใช้กราไฟต์เป็นตัวกลั่นนิวตรอนอาจเกิดการสะสมของพลังงาน Wignerตามมาด้วยการปลดปล่อยอย่างฉับพลันและเกิดขึ้นเอง การหลอมที่อุณหภูมิอย่างน้อย 250 ° C สามารถปล่อยพลังงานออกมาได้อย่างปลอดภัยแม้ว่าในการจุดไฟ Windscaleขั้นตอนจะผิดพลาดทำให้วัสดุเครื่องปฏิกรณ์อื่น ๆ เกิดการเผาไหม้

ความหลากหลายที่ดีของสารประกอบคาร์บอนรวมถึงสารพิษตายเช่นtetrodotoxinที่เลคติน ซินจากเมล็ดของพืชน้ำมันละหุ่ง Ricinus communis , ไซยาไนด์ (CN ^- ) และก๊าซคาร์บอนมอนออกไซด์ ; และสิ่งจำเป็นในการดำรงชีวิตเช่นเป็นน้ำตาลกลูโคสและโปรตีน

• กรีนวูดนอร์แมนเอ็น ; Earnshaw, Alan (1997) เคมีขององค์ประกอบ (2nd ed.) บัตเตอร์เวิร์ ธ - ไฮเนมันน์ . ISBN 978-0-08-037941-8.

• Carbon on In Our Timeที่BBC
• คาร์บอนในตารางธาตุ (University of Nottingham)
• คาร์บอนบน Britannica
• เพจ Extensive Carbon ที่ asu.edu
• การใช้คาร์บอนทางเคมีไฟฟ้า
• คาร์บอน - Super Stuff ภาพเคลื่อนไหวพร้อมเสียงและแบบจำลอง 3 มิติแบบโต้ตอบ