Άνθρακας: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων

|αριθμοί οξείδωσης='''4'''<ref>Για παράδειγμα στο [[διοξείδιο του άνθρακα]].</ref>, 3<ref>Για παράδειγμα στο #1 άτομο άνθρακα του [[αιθανονιτρίλιο|αιθανονιτρίλιου]]υ.</ref><ref>"Fourier Transform Spectroscopy of the System of CP". Retrieved 2007-12-06.</ref>, 2<ref>Για παράδειγμα στο #2 άτομο άνθρακα της [[προπανόνη|προπανόνης]]ς.</ref>, 1<ref>Για παράδειγμα στο #1 άτομο άνθρακα της [[αιθανάλη|αιθανάλης]]ς.</ref><ref>Fourier Transform Spectroscopy of the Electronic Transition of the Jet-Cooled CCI Free Radical". Retrieved 2007-12-06.</ref> 0<ref>Για παράδειγμα στη [[μεθανάλη]].</ref>, −1<ref>Για παράδειγμα στο #1 άτομο άνθρακα της [[αιθανόλη|αιθανόλης]]ς.</ref>, −2<ref>Για παράδειγμα στη [[μεθανόλη]].</ref>, −3<ref>Για παράδειγμα στο [[αιθάνιο]].</ref>, '''−4'''<ref>Για παράδειγμα στο [[μεθάνιο]].</ref><ref>"Carbon: Binary compounds". Retrieved 2007-12-06.</ref>

Υπάρχουν αρκετές [[αλλότροπα του άνθρακα|αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα]], από τις οποίες οι πιο γνωστές είναι ο [[γραφίτης]], το [[διαμάντι]] και ο [[άμορφος άνθρακας]]<ref name="therm prop">"World of Carbon – Interactive Nano-visulisation in Science & Engineering Education (IN-VSEE)". Retrieved 2008-10-09.</ref>. Οι φυσικές ιδιότητες των διαφόρων αλλοτροπικών μορφών του άνθρακα διαφέρουν πολύ. Για παράδειγμα, το διαμάντι είναι πολύ [[διαφάνεια|διαφανές]], το πιο σκληρό φυσικό υλικό που είναι γνωστό και με πολύ μικρή [[ηλεκτρική αγωγιμότητα]], ενώ ο γραφίτης είναι [[αδιαφάνεια (οπτική)|αδιαφανής]], αρκετά μαλακός για να σχηματίζει μια γραμμή πάνω σε [[χαρτί]] και ένας πολύ καλός [[αγωγός]] του [[ηλεκτρισμός|ηλεκτρισμού]]. Υπό [[κανονικές συνθήκες]], το διαμάντι, ο [[νανοσωλήνας άνθρακα]] και το [[γραφένιο]] έχουν τις υψηλότερες [[θερμική αγωγιμότητα|θερμικές αγωγιμότητες]] από [[Λίστα των θερμικών αγωγιμοτήτων|όλα τα γνωστά υλικά]]. Όλες οι (γνωστές) αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα, υπό κανονικές συνθήκες, είναι [[στερεό|στερεές]], με το γραφίτη να έχει την πιο [[Θερμοδυναμική ισορροπία|σταθερή θερμοδυναμικά]] μορφή. Ο γραφίτης είναι μάλιστα (σχετικά) χημικά ανθεκτικός και χρειάζεται υψηλή [[θερμοκρασία]] για να αντιδράσει ακόμη και με (καθαρό) [[οξυγόνο]].

Η πιο συνηθισμένη [[Αριθμός οξείδωσης|βαθμίδα οξείδωσης]] του άνθρακα στις [[Ανόργανη ένωση|ανόργανες ενώσεις]] είναι +4, ενώ η βαθμίδα +2 βρίσκεται (για παράδειγμα) στο [[μονοξείδιο του άνθρακα]] και στα [[καρβονύλιο μετάλλου|καρβονυλικά σύμπλοκα]] των [[Στοιχεία μετάπτωσης|μεταβατικών μετάλλων]]. Οι μεγαλύτερες πηγές «ανόργανου άνθρακα» (στη [[Γη]]) είναι ο [[ασβεστόλιθος]], οι [[δολομίτης|δολομίτες]] και το [[διοξείδιο του άνθρακα]], αλλά υπάρχουν και σημαντικές ποσότητες οργανικής προέλευσης αποθεμάτων [[γαιάνθρακας|κάρβουνου]], [[τύρφη|τύρφης]]ς, [[πετρέλαιο|πετρελαίου]], [[φυσικό αέριο|φυσικού αερίου]] καθώς και [[μεθανυδρίτης|μεθανυδρίτες]]. Ο άνθρακας σχηματίζει το μεγαλύτερο αριθμό [[χημική ένωση|χημικών ενώσεων]] από κάθε άλλο χημικό στοιχείο, εφόσον σχεδόν 10.000.000 καθαρές [[οργανική ένωση|οργανικές ενώσεις]] έχουν περιγραφεί προς το παρόν, που αποτελούν (όμως) ένα πολύ μικρό κλάσμα των θεωρητικά πιθανών οργανικών ενώσεων που μπορούν να υπάρξουν, υπό κανονικές συνθήκες<ref name=lanl>Chemistry Operations (December 15, 2003). "Carbon". Los Alamos National Laboratory. Archived from the original on 2008-09-13. Retrieved 2008-10-09.</ref>.

Ο άνθρακας είναι το 15^ο σε [[Αφθονία των χημικών στοχείων στο γήινο φλοιό|αφθονία χημικό στοιχείο]] (κατά [[μάζα]]) στο φλοιό [[Γήινος φλοιός|φλοιό]] της Γης και το 4^ο (κατά μάζα) πιο [[αφθονία χημικών στοιχείων|άφθονο χημικό στοιχείο]] στο [[σύμπαν]], μετά από το υδρογόνο, το [[ήλιο]] και το οξυγόνο. Είναι παρόν σε όλες τις γνωστές μορφές [[ζωή|ζωής]]ς, ενώ στο [[ανθρώπινο σώμα]] ο άνθρακας είναι το δεύτερο (κατά μάζα) πιο άφθονο χημικό στοιχείο, περίπου 18,5%, μετά το οξυγόνο<ref>"Biological Abundance of Elements". The Internet Encyclopedia of Science. Retrieved 2008-10-09.</ref>. Αυτή η (σχετικά υψηλή) αφθονία του άνθρακα, σε συνδυασμό με τη μοναδική του ικανότητα να σχηματίζει τέτοια τεράστια ποικιλία οργανικών ενώσεων, που επιπλέον συχνά μπορούν και να [[Πολυμερές|πολυμερίζονται]], σε σχετικά συνηθισμένες, για τη [[Γη]] μας, συνθήκες, έκαναν αυτό το χημικό στοιχείο τη βάση κάθε γνωστής μορφής ζωής, αν και κάποιοι επιστήμονες ισχυρίζονται ότι θα μπορούσαν κι άλλα χημικά στοιχεία (όπως π.χ. το [[πυρίτιο]]), να έχουν ανάλογο ρόλο, κάτω από άλλες συνθήκες, συνηθισμένες σε άλλους [[πλανήτης|πλανήτες]].

Οι διαφορετικές [[αλλότροπα|αλλομορφές]] του άνθρακα περιλαμβάνουν (όπως είδαμε και παραπάνω) το σκληρότερο υλικό που υπάρχει στη φύση, το [[διαμάντι]], αλλά επίσης και ένα από τα πιο μαλακά υλικά που υπάρχουν στη φύση, τον [[γραφίτης|γραφίτη]]. Επίσης, το άτομο του άνθρακα έχει την χημική ικανότητα να σχηματίζει έως και τέσσερις δεσμούς με άλλα [[άτομα]], που περιλαμβάνουν και άλλα άτομα άνθρακα, με ικανότητα μάλιστα να σχηματίζει και πολλαπλούς (δηλαδή διπλούς ή τριπλούς) [[ομοιοπολικός δεσμός|ομοιοπολικούς δεσμούς]] με τέτοια άτομα. Ως αποτέλεσμα των παραπάνω, οι μέχρι σήμερα γνωστές ενώσεις του άνθρακα (οργανικές ενώσεις) υπερβαίνουν τα 10.000.000 [[χημική ένωση|χημικές ενώσεις]], αποτελώντας τη μεγάλη πλειοψηφία του συνολικού αριθμού των ως σήμερα γνωστών χημικών ενώσεων<ref name=lanl/>.

Ο άνθρακας έχει ακόμη την υψηλότερη [[εξάχνωση|θερμοκρασία εξάχνωσης]] από όλα τα άλλα χημικά στοιχεία. Υπό [[πίεση]] 1 [[Ατμόσφαιρα (μονάδα)|atm]] δεν έχει [[σημείο τήξης]], αφού το [[τριπλό σημείο]] του βρίσκεται σε πίεση 10,8 ± 0,2 [[Πασκάλ (μονάδα μέτρησης)|MPa]] και σε θερμοκρασία 4.600 ± 300 K (περίπου 4.330 ± 300&nbsp;°C)<ref>Haaland, D (1976). "Graphite-liquid-vapor triple point pressure and the density of liquid carbon". Carbon 14 (6): 357. doi:10.1016/0008-6223(76)90010-5.</ref><ref>Savvatimskiy, A (2005). "Measurements of the melting point of graphite and the properties of liquid carbon (a review for 1963–2003)". Carbon 43 (6): 1115. doi:10.1016/j.carbon.2004.12.027.</ref>, οπότε εξαχνώνεται, με τη θερμοκρασία εξάχνωσής του (υπό πίεση 1 atm) είναι περίπου 3.900 K (περίπου 3.627&nbsp;°C). Ο άνθρακας εξαχνώνεται με ένα [[ανθρακικό τόξο]], που έχει θερμοκρασία περίπου 5.800 K (περίπου 5.530 &nbsp;°C), οπότε ο άνθρακας, ανεξάρτητα από την αλλοτροπική του μορφή, παραμένει στερεός σε υψηλότερες θερμοκρασίες ακόμη και από τα σημεία τήξης μετάλλων όπως το [[βολφράμιο]] ή το [[ρήνιο]]. Παρόλο που θερμοδυναμικά έχει τάση για [[οξειδοαναγωγή|οξείδωση]], ο άνθρακας αντιστέκεται στην οξείδωση πιο αποτελεσματικά από χημικά στοιχεία όπως ο [[σίδηρος]] και ο [[χαλκός]], που είναι ασθενέστερα αναγωγικά μέσα στη θερμοκρασία δωματίου (20&nbsp;°C).

Ο άνθρακας αντιδρά με κάποια μέταλλα σε υψηλές θερμοκρασίες, σχηματίζοντας καρβίδια των (αντίστοιχων) μετάλλων, όπως είναι το καρβίδιο με το σίδηρο, που ονομάζεται [[σεμεντίτης]] και περιέχεται στο χάλυβα, το [[καρβίδιο του βολφραμίου]] (WC), που χρησιμοποιείται ευρύτατα ως [[λειαντικό]] για την κατασκευή σκληρών «δοντιών» για εργαλεία κοπής.

Από το [[2009]], το [[γραφένιο]] φαίνεται να είναι το ισχυρότερο υλικό που έχει δοκιμαστεί<ref>Lee, C.; Wei, X.; Kysar, J. W.; Hone, J. (2008). "Measurement of the Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene". Science 321 (5887): 385–8. Bibcode:2008Sci...321..385L. doi:10.1126/science.1157996. PMID 18635798. Lay summary.</ref>. Ωστόσο, η διεργασία διαχωρισμού του από τον γραφίτη χρειάζεται κάποια (επιπλέον) [[τεχνολογία|τεχνολογική]] εξέλιξη πριν γίνει αρκετά [[οικονομία|οικονομική]] ώστε να χρησιμοποιείται για βιομηχανικές διεργασίες<ref> Sanderson, Bill (2008-08-25). "Toughest Stuff Known to Man : Discovery Opens Door to Space Elevator". nypost.com. Retrieved 2008-10-09.</ref>.

|style="width: 50%;"|Το συνθετικό [[νανοκρυσταλλικό διαμάντι]] είναι το σκληρότερο γνωστό υλικό.<ref> Irifune, Tetsuo; Kurio, Ayako; Sakamoto, Shizue; Inoue, Toru; Sumiya, Hitoshi (2003). "Materials: Ultrahard polycrystalline diamond from graphite". Nature 421 (6923): 599–600. Bibcode:2003Natur.421..599I. doi:10.1038/421599b. PMID 12571587.</ref>

|Ο γραφίτης είναι ένα πολύ καλό [[λιπαντικό]], που παρουσιάζει [[υπερλιπαντικότητα]]<ref> Dienwiebel, Martin; Verhoeven, Gertjan; Pradeep, Namboodiri; Frenken, Joost; Heimberg, Jennifer; Zandbergen, Henny (2004). "Superlubricity of Graphite". Physical Review Letters 92 (12). Bibcode:2004PhRvL..92l6101D. doi:10.1103/PhysRevLett.92.126101.</ref>.

|Ο γραφίτης είναι ένας [[αγωγός|αγωγός του ηλεκτρικού ρεύματος]]<ref> Deprez, N.; McLachan, D. S. (1988). "The analysis of the electrical conductivity of graphite conductivity of graphite powders during compaction". Journal of Physics D: Applied Physics (Institute of Physics) 21 (1): 101. Bibcode:1988JPhD...21..101D. doi:10.1088/0022-3727/21/1/015.</ref>.

|Κάποιες μορφές γραφίτη χρησιμοποιήθηκαν για [[θερμομόνωση]], αλλά κάποιες άλλες, όπως ο [[πυρολυτικός γραφίτης]], είναι καλοί αγωγοί [[θερμότητα|θερμότητας]]ς.

Ο [[ατομικός άνθρακας]] είναι ένα πολύ βραχύβιο χημικό είδος και γι' αυτό ο (στοιχειακός) άνθρακας σταθεροποιείται σε διάφορες πολυατομικές δομές με διάφορες μοριακές διαμορφώσεις, που ονομάζονται [[αλλοτροπία|αλλοτροπικές μορφές]] του άνθρακα. Οι τρεις (3) (σχετικώς) ευρύτερα γνωστές από τις αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα είναι ο [[άμορφος άνθρακας]], ο [[γραφίτης]] και το [[διαμάντι]]. Υπάρχουν όμως και άλλες. Για παράδειγμα, τα [[φουλερένιο|φουλλερένια]] (''fullerenes'') θεωρούνταν κάποτε «εξωτικές» αλλοτροπικές μορφές, αλλά αυτόν τον καιρό συχνά συνθέτονται και χρησιμοποιούνται στην έρευνα: Περιλαμβάνουν τα [[μπακμινστερφουλλερένια]] (''buckminsterfullerenes'')<ref name="buckyballs">Unwin, Peter. "Fullerenes(An Overview)". Retrieved 2007-12-08.</ref><ref name="nanotubes"> Ebbesen, T. W., ed. (1997). Carbon nanotubes—preparation and properties. Boca Raton, Florida: CRC Press. ISBN 0-8493-9602-6.</ref>, τους [[νανοσωλήνας άνθρακα|νανοσωλήνες άνθρακα]] (''carbon nanotubes'')<ref name="nanotubes2">Dresselhaus, M. S.; Dresselhaus, G.; Avouris, Ph., ed. (2001). "Carbon nanotubes: synthesis, structures, properties and applications". Topics in Applied Physics (Berlin: Springer) 80. ISBN 3-540-41086-4.</ref>, τα [[νανομπουμπούκια άνθρακα]] (''carbon nanobuds'')<ref name="nanobuds">Nasibulin, Albert G.; Pikhitsa, P.V.; Jiang, H.; Brown, D. P.; Krasheninnikov, A.V.; Anisimov, A. S.; Queipo, P.; Moisala, A. et al. (2007). "A novel hybrid carbon material". Nature Nanotechnology 2 (3): 156–161. Bibcode:2007NatNa...2..156N. doi:10.1038/nnano.2007.37. PMID 18654245.</ref> και τα [[Ανθρακόνημα|νανοανθρακονήματα]] (''nanofibers'')<ref> Nasibulin, A; Anisimov, Anton S.; Pikhitsa, Peter V.; Jiang, Hua; Brown, David P.; Choi, Mansoo; Kauppinen, Esko I. (2007). "Investigations of NanoBud formation". Chemical Physics Letters 446: 109–114. Bibcode:2007CPL...446..109N. doi:10.1016/j.cplett.2007.08.050.</ref><ref>Vieira, R; Ledoux, Marc-Jacques; Pham-Huu, Cuong (2004). "Synthesis and characterisation of carbon nanofibers with macroscopic shaping formed by catalytic decomposition of C2H6/H2 over nickel catalyst". Applied Catalysis A 274: 1–8. doi:10.1016/j.apcata.2004.04.008.</ref>. Αρκετές ακόμη εξωτικές αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα έχουν ανακαλυφθεί, όπως ο [[λονσδαλεΐτης]] (''lonsdaleite'')<ref name="lonsdaletite">Clifford, Frondel; Marvin, Ursula B. (1967). "Lonsdaleite, a new hexagonal polymorph of diamond". Nature 214 (5088): 587–589. Bibcode:1967Natur.214..587F. doi:10.1038/214587a0.</ref>,

ο [[υαλώδης άνθρακας]] (''glassy carbon'')<ref name="glassy carbon"> Harris, PJF (2004). "Fullerene-related structure of commercial glassy carbons". Philosophical Magazine 84 (29): 3159–3167. Bibcode:2004PMag...84.3159H. doi:10.1080/14786430410001720363.</ref>, ο [[νανοαφρός άνθρακα]] (''carbon nanofoam'')<ref>Rode, A. V.; Hyde, S. T.; Gamaly, E. G.; Elliman, R. G.; McKenzie, D. R.; Bulcock, S. (1999). "Structural analysis of a carbon foam formed by high pulse-rate laser ablation". Applied Physics A-Materials Science & Processing 69 (7): S755–S758. doi:10.1007/s003390051522.</ref> και το [[καρβύνιο]] (''carbyne'') ή «γραμμικός [[αιθίνιο|ακετυλενικός]] άνθρακας» (''linear acetylenic carbon'')<ref name=LAC>Heimann, Robert Bertram; Evsyukov, Sergey E. and Kavan, Ladislav (28 February 1999). Carbyne and carbynoid structures. Springer. pp. 1–. ISBN 978-0-7923-5323-2. Retrieved 2011-06-06.</ref>

Μια άλλη αλλοτροπική μορφή είναι ο «νανοαφρός άνθρακα» (''carbon nanofoam''), που είναι μια [[μαγνητισμός|σιδηρομαγνητική]] αλλομορφή του άνθρακα, που ανακαλύφθηκε το [[1997]]. Αποτελείται από χαμηλής πυκνότητας συγκροτήματα ατόμων άνθρακα, συγκρατημένες με ένα χαλαρό τρισδιάστατο δίκτυο, στο οποίο τα άτομα συνδέονται τριγωνικά σε εξαμελείς (ή και επταμελείς) δακτυλίους. Είναι ανάμεσα στα ελαφρύτερα γνωστά στερεά σώματα, με πυκνότητα περίπου 2 &nbsp;kg/m³<ref>Schewe, Phil and Stein, Ben (March 26, 2004). "Carbon Nanofoam is the World's First Pure Carbon Magnet". Physics News Update 678 (1).</ref>. Παρομοίως, ο «υαλώδης άνθρακας» (''glassy carbon'') περιέχει ένα υψηλό ποσοστό [[πορωσιμότητα|πορωσιμότητας]]ς<ref name="glassy carbon"/>, αλλά σε αντιδιαστολή με τον κανονικό γραφίτη στον οποίο τα γραφιτικά «φύλλα» είναι ενωμένα μεταξύ τους, όπως οι σελίδες σε ένα [[βιβλίο]], στον υαλώδη άνθρακα έχουν μια πιο τυχαία διάταξη. Στο «καρβύνιο» (''carbyne'') ή «γραμμικό ακετυλενικό άνθρακα» (''linear acetylenic carbon'')<ref name=LAC/> τα «μόρια» έχουν δομή -(C≡C)_n-<ref name=LAC/>. Ο άνθρακας σε αυτήν την αλλομορφή του έχει υβριδισμό sp και είναι ένα πολυμερές με εναλλαγή απλών και τριπλών δεσμών. Αυτή η αλλομορφή παρουσιάζει ένα αξιόλογο ενδιαφέρον για τη νανοτεχνολογία, γιατί ο [[συντελεστής ελαστικότητας Γιανκ]] (''Young's modulus'') γι' αυτό (δηλαδή το καρβύνιο) είναι [[40 (αριθμός)|40πλάσιος]] από αυτό του σκληρότερου γνωστού φυσικού υλικού, δηλαδή του διαμαντιού<ref>Itzhaki, Lior; Altus, Eli; Basch, Harold; Hoz, Shmaryahu (2005). "Harder than Diamond: Determining the Cross-Sectional Area and Young's Modulus of Molecular Rods". Angew. Chem. Int. Ed. 44 (45): 7432–5. doi:10.1002/anie.200502448. PMID 16240306.</ref>.

||<small>Ο άνθρακας, χρησιμοποιώντας τη διαθέσιμη [[ενέργεια]] που παρέχουν οι [[κανονικές συνθήκες]] κρυσταλλώνεται σε [[γραφίτης|γραφίτη]] (άνω). Σε συνθήκες υψηλής [[θερμοκρασία|θερμοκρασίας]]ς (άνω των 3500&nbsp;°C) και [[πίεση|πίεσης]]ς, που αντιστοιχούν σε βάθη 140-190 [[χιλιόμετρο|χιλιομέτρων]] στο [[γήινος φλοιός|γήινο φλοιό]], και διαθέσιμο χρόνο από 1 ως και 3.3 δισεκατομμύρια χρόνια, κρυσταλλώνεται με πιο πυκνή διάταξη των ατόμων του, δηλαδή σε [[διαμάντι]] (κάτω).</small>

Στο συνδυασμό άνθρακα και οξυγόνου στο διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας της Γης περιέχονται (συνολικά) περίπου 810 δισεκατομμύρια τόννοι άνθρακα, ενώ στο διαλυμένο (διοξείδιο του άνθρακα) στα υδάτινα σώματα (ωκεανοί κ.τ.λ.) περιέχονται (συνολικά) περίπου 36 τρισεκατομμύρια τόννοι άνθρακα. Ακόμη, περίπου 1,9 τρισεκατομμύρια τόννοι άνθρακα περιέχονται στη [[βιόσφαιρα]]. Στα ορυκτά ανθρακούχα κοιτάσματα (κάρβουνο, πετρέλαιο και φυσικό αέριο) περιέχουν γύρω στα 900 δισεκατομμύρια τόννους άνθρακα. Ειδικότερα στα κοιτάσματα πετρελαίου περιέχονται περίπου 150 δισεκατομμύρια τόννοι άνθρακα. Στα βεβαιωμένα κοιτάσματα φυσικού αερίου περιέχονται περίπου άλλοι 105 δισεκατομμύρια τόννοι άνθρακα, αλλά εκτιμάται ότι υπάρχουν επίσης 900 δισεκατομμύρια τόννοι άνθρακα στα μη βεβαιωμένα (ακόμη) κοιτάσματα φυσικού αερίου, συμπεριλαμβανομένου και του [[σχιστόλιθος|σχιστολιθικού]] φυσικού αερίου. Ειδικότερα, στα τελευταία (δηλαδή στα κοιτάσματα σχιστολιθικού φυσικού αερίου) περιέχονται περίπου 540 δισεκατομμύρια τόννοι άνθρακα<ref>"Wonderfuel: Welcome to the age of unconventional gas" by Helen Knight, New Scientist, 12 June 2010, pp. 44–7.</ref>. Άνθρακς παγιδεύθηκε επίσης στους μεθανοϋδρίτες των πολικών περιοχών και υποθαλάσσια. Έγιναν διάφορες εκτιμήσεις για τη συνολική ποσότητα άνθρακα που αντιπροσωπεύουν τα κοιτάσματα αυτά, που κυμαίνονται μεταξύ 500 και 3.000 δισεκατομμυρίων τόννων<ref>Ocean methane stocks 'overstated', BBC, 17 Feb. 2004.</ref><ref> "Ice on fire: The next fossil fuel" by Fred Pearce, New Scientist, 27 June 2009, pp. 30-33.</ref>. Στο παρελθόν οι ποσότητες των ορυκτών υδρογονανθράκων ήταν μεγαλύτερες. Σύμφωνα με μια πηγή, στη χρονική περίοδο μεταξύ [[1751]] και [[2008]] καταναλώθηκαν περίπου 347 δισεκατομμύρια τόννων ορυκτού άνθρακα και εκλύθηκαν στην ατμόσφαιρα με τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα από τις καύσεις των ορυκτών καυσίμων<ref>Calculated from file global.1751_2008.csv in [1] from the Carbon Dioxide Information Analysis Center.</ref>. Ωστόσο, μια άλλη πηγή υπολογίζει την ποσότητα άνθρακα που προστέθηκε στην ατόσφαιρα από το [[1750]] σε 879 δισεκατομμύρια τόννους, ενώ συνολικά κατέληξαν στην ατμόσφαιρα, στη θάλασσα και στη γη (σε τυρφώνες) σχεδόν 2 τρισεκατομμύρια τόννοι άνθρακα<ref> Rachel Gross (Sept. 21, 2013). "Deep, and dank mysterious". New Scientist: 40–43.</ref>.

Ο άνθρακας είναι ένα κύριο συνθετικό σε πολύ μεγάλες μάζες ανθρακούχων [[πέτρωμα|πετρωμάτων]] (που περιλαμβάνουν [[ασβεστόλιθος|ασβεστόλιθο]], [[δολομίτης|δολομίτη]], [[μάρμαρο]], κ.ά.). Ο [[γαιάνθρακας]] είναι η μεγαλύτερη εμπορική πηγή ορυκτού άνθρακα, μετρώντας για περίπου 9 τρισεκατομμύρια τόννους άνθρακα ή το 80% του ορυκτού καύσιμου άνθρακα<ref> Kasting, James (1998). "The Carbon Cycle, Climate, and the Long-Term Effects of Fossil Fuel Burning". Consequences: the Nature and Implication of Environmental Change 4 (1).</ref>. Είναι επίσης ένα πολύ πλούσιο σε άνθρακα υλικό, αφού για παράδειγμα ο [[ανθρακίτης]] περιέχει 92–98% άνθρακα<ref>Stefanenko, R. (1983). Coal Mining Technology: Theory and Practice. Society for Mining Metallurgy. ISBN 0-89520-404-5.</ref>.

Ο [[άνθρακας-14]] σχηματίζεται στα ανώτερα στρώματα της [[τροπόσφαιρα|τροπόσφαιρας]]ς και στη [[στρατόσφαιρα]], σε υψόμετρα 9 - 15 [[χιλιόμετρο|χιλιομέτρων]], με μια αντίδραση που ενεργοποιείται από τις [[κοσμικές ακτίνες]], και σταδιακά καθιζάνει<ref>Carbon-14 formation.</ref>. Παράγονται θερμικά [[νετρόνιο|νετρόνια]] που συγκρούονται με πυρήνες [[άζωτο-14|αζώτου-14]] και σχηματίζουν άνθρακα-14 και ένα [[πρωτόνιο]]:

Η ισοτοπική συγκέντρωση του ¹²C αυξάνεται σε βιολογικά υλικά, επειδή οι βιοχημικές αντιδράσεις είναι (σχετικά) εκλεκτικές εναντίον της χρήσης του ¹³C. Το [[1961]], η IUPAC υιοθέτησε το ισότοπο ¹²C ως πρότυπο για την [[ατομική μονάδα μάζας]], ορίζοντάς την στο 1/12 της ισοτοπικής μάζας του ¹²C<ref>"Official SI Unit definitions". Retrieved 2007-12-21.</ref>. Η ταυτοποίηση του άνθρακα σε πειράματα, με χρήση [[φασματοσκοπία|φασματοσκοπίας]]ς NMR, γίνεται χάρη στο ισότοπο ¹³C<ref> Gannes, Leonard Z.; Del Rio, Carlos Martı́nez; Koch, Paul (1998). "Natural Abundance Variations in Stable Isotopes and their Potential Uses in Animal Physiological Ecology". Comparative Biochemistry and Physiology – Part A: Molecular & Integrative Physiology 119 (3): 725–737. doi:10.1016/S1095-6433(98)01016-2.</ref>.

Ο [[άνθρακας-14]] (¹⁴C) είναι ένα φυσικό [[ραδιενέργεια|ραδιοϊσότοπο]] του άνθρακα που υπάρχει σε ίχνη στη Γη, μέχρι το 1 ppt, ο περισσότερος περιορίζεται στην ατμόσφαιρα και σε επιφανειακά αποθέματα, κυρίως τύρφης και άλλων οργανικών υλικών<ref>Brown, Tom (March 1, 2006). "Carbon Goes Full Circle in the Amazon". Lawrence Livermore National Laboratory. Retrieved 2007-11-25.</ref>. Το ισότοπο αυτό διασπάται με εκπομπή β^- ισχύος 158 keV. Εξαιτίας της σχετικά μικρής [[ημιζωή|ημιζωής]]ς του, που ανέρχεται σε 5.730 έτη, ο ¹⁴C ουσιαστικά απουσιάζει από αρχαία πετρώματα, αλλά σχηματίζεται μεταξύ άνω τροπόσφαιρας και κάτω στρατόσφαιρας με την επίδραση των κοσμικών ακτίνων στο ατμοσφαιρικό άζωτο<ref> Bowman, S. (1990). Interpreting the past: Radiocarbon dating. British Museum Press. ISBN 0-7141-2047-2.</ref>. Η (σχετική) αφθονία του ¹⁴C είναι σχετικά σταθερή στην ατμόσφαιρα και στους ζωντανούς οργανισμούς, αλλά μειώνεται προβλέψημα σε πτώματα. Αυτή η ιδιότητα αξιοποιείται από τη λεγόμενη [[ραδιοχρονολόγηση|ραδιοχρονολόγηση με άνθρακα-14]], που εφευρέθηκε το [[1949]], και που εφαρμόστηκε εκτενώς για τον καθορισμό της ηλικίας ανθρακούχων υλικών, μέχρι περίπου 40.000 έτη<ref>Libby, W. F. (1952). Radiocarbon dating. Chicago University Press and references therein.</ref><ref> Westgren, A. (1960). "The Nobel Prize in Chemistry 1960". Nobel Foundation. Retrieved 2007-11-25.</ref>.

Ακόμη, υπάρχουν [[15 (αριθμός)|15]] γνωστά βραχύβια ισότοπα του άνθρακα, από τα οποία ο ⁸C διασπάται μέσω εκπομπής πρωτονίου και α-διάσπασης με ημιζωή 1,98739·10^-21−21 [[δευτερόλεπτο|s]]<ref>Use query for carbon-8". barwinski.net. Retrieved 2007-12-21.</ref>. Ο «εξωτικός» ¹⁹C εμφανίζει έναν πυρήνα [[αλογόνα|αλογόνου]], που σημαίνει ότι η ακτίνα του είναι σημαντικά μεγαλύτερη από αυτή που θα αναμενόταν, αν ο πυρήνας ήταν μια σφαίρα με σταθερή πυκνότητα<ref>Watson, A. (1999). "Beaming Into the Dark Corners of the Nuclear Kitchen". Science 286 (5437): 28–31. doi:10.1126/science.286.5437.28.</ref>.

Ο σχηματισμός του ατομικού πυρήνα του άνθρακα απαιτεί μια σχεδόν ταυτόχρονη σύγκρουση τριών (3) [[σωματίδιο άλφα|σωματιδίων α]] (δηλαδή πυρήνων [[ήλιο|ηλίου]]) μέσα στον πυρήνα ενός [[γίγαντας αστέρας|γιγάντιου]] ή [[Υπεργίγαντας|υπεργιγάντιου]] [[Αστέρας|άστρου]], μια διαδικασία που είναι γνωστή ως [[διεργασία 3α]] (''triple-alpha process''), καθώς τα προϊόντα επιπλέον [[Πυρηνική σύντηξη|αντιδράσεων πυρηνικής σύντηξης]] ήλιου με υδρογόνο ή δύο πυρήνων ηλίου παράγουν αντίστοιχα λιθιο-5 και βηρύλλιο-8, που και τα δυο είναι πολύ ασταθή και διασπούνται σχεδόν ακαριαία πίσω σε μικρότερους πυρήνες<ref>Audi, G; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra, A.H. (1997). "The Nubase evaluation of nuclear and decay properties". Nuclear Physics A 624: 1. Bibcode:1997NuPhA.624....1A. doi:10.1016/S0375-9474(97)00482-X.</ref>. Η τριπλή αυτή σύγκρουση συμβαίνει σε θερμοκρασίες πάνω από 100 εκατομύρια Κέλβιν και (σχετικά υψηλή) συγκέντρωση πυρήνων ηλίου, δηλαδή συνθήκες που η ταχεία επέκταση και ψύξη του πρωτοσύμπαντος έκαναν απαγορευτικές. Γι' αυτό δεν σχηματίστηκε σημαντική ποσότητα άνθρακα κατά τη [[Μεγάλη Έκρηξη]]. Αντίθετα, τα εσωτερικά των άστρων επέτρεψαν σε οριζόντιο κλάδο τη μετατροπή τριών (3) πυρήνων ηλίου σε πυρήνα άνθρακα, με τη διεργασία 3α<ref> Ostlie, D.A. and Carroll, B.W. (2007). An Introduction to Modern Stellar Astrophysics. Addison Wesley, San Francisco. ISBN 0-8053-0348-0.</ref>. Για να είναι διαθέσιμoς για το σχηματισμό της ζωής όπως την ξέρουμε, αυτός ο άνθρακας πρέπει στη συνέχεια να διασκορπίστηκε στο διάστημα, σε μορφή σκόνης, μάλλον σε εκρήξεις [[Υπερκαινοφανείς αστέρες|σουπερνόβα]], ως μέρος του υλικού που σχηματίζει αργότερα τη δεύτερη, ή και την τρίτη γενιά αστρικώ συστημάτων, που έχουν πλανήτες που φτιάχθηκαν (και από αυτήν τη) σκόνη.

Στις γήινες συνθήκες, η μετατροπή ενός χημικού στοιχείου σε ένα άλλο είναι πολύ σπάνια. Γι' αυτό, η ποσότητα του άνθρακα στη Γη είναι ουσιαστικά σταθερή. Έτσι, διεργασίες που χρησιμοποιούν άνθρακα πρέπει να τον λάβουν από κάπου, και να αποθέσουν το προϊόν της διεργασίας κάπου αλλού. Οι διαδρομές που ακολουθεί ο άνθρακας μέσα στο (γήινο) περιβάλλον σχηματίζει το λεγόμενο [[κύκλος του άνθρακα|κύκλο του άνθρακα]] (''carbon cycle''), μια διεργασία φυσικής [[ανακύκλωση|ανακύκλωσης]]ς του γήινου άνθρακα. Για παράδειγμα, τα [[φυτά]] απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα και το χρησιμοποιούν για να παράξουν [[βιομάζα]], με τη διεργασία της [[αναπνοή του άνθρακα|αναπνοής άνθρακα]] (''carbon respiration'') ή τον [[κύκλος του Κάλβιν|κύκλο του Κάλβιν]] (''Calvin cycle''), μια διεργασία [[δέσμευση του άνθρακα|δέσμευσης του άνθρακα]]. Κάποια από αυτήν τη βιομάζα (των φυτών) τρώγεται από τα [[ζώα]], όπου κάποια ποσότητα από αυτόν τον άνθρακα εκπνέεται από αυτά τα ζώα ως διοξείδιο του άνθρακα. Ο κύκλος του άνθρακα είναι σημαντικά πιο πολύπλοκος από αυτόν το μικρό κύκλο: Για παράδειγμα, κάποια ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα διαλύεται στους ωκεανούς. Τα νεκρά φυτά και ζώα μπορεί να καταναλωθούν από βακτήρια ή και να μετατραπούν σε πετρέλαιο ή γαιάνθρακα, που μπορούν να καούν και να απελευθερώσεουν διοξείδιο του άνθρακα<ref> Falkowski, P; Scholes, RJ; Boyle, E; Canadell, J; Canfield, D; Elser, J; Gruber, N; Hibbard, K et al. (2000). "The Global Carbon Cycle: A Test of Our Knowledge of Earth as a System". Science 290 (5490): 291–296. Bibcode:2000Sci...290..291F. doi:10.1126/science.290.5490.291. PMID 11030643.</ref><ref>Smith, T. M.; Cramer, W. P.; Dixon, R. K.; Leemans, R.; Neilson, R. P.; Solomon, A. M. (1993). "The global terrestrial carbon cycle". Water, Air, & Soil Pollution 70: 19–37. doi:10.1007/BF01104986.</ref>.

Συνήθως ανθρακούχες ενώσεις που σχετίζονται με ορυκτά ή που δεμ περιλαμβάνουν υδρογόνο ούτε φθόριο, έχουν μεταχείρηση διαφορετική από τις κλασσικές οργανικές ενώσεις. Ωστόσο ο ορισμός των ανόργανων ενώσεων του άνθρακα δεν είναι άκαμπτος. Περιλαμβάνει τα πιο απλά οξείδια του άνθρακα, δηλαδή το μονοξείδιο του άνθρακα και το διοξείδιο του άνθρακα. Το τελευταίο (δηλαδή το διοξείδιο του άνθρακα, CO₂) ήταν κάποτε κύριο συστατικό της παλαιοατμόσφαιρας της Γης, αλλά είναι ένα δευτερεύων συστατικό της σημερινής ατμόσφαιρας του πλανήτη μας<ref> Levine, Joel S.; Augustsson, Tommy R.; Natarajan, Murali (1982). "The prebiological paleoatmosphere: stability and composition". Origins of Life and Evolution of Biospheres 12 (3): 245–259. Bibcode:1982OrLi...12..245L. doi:10.1007/BF00926894.</ref>. Όταν το διοξείδιο του άνθρακα διαλύεται στο νερό, σχηματίζει το [[ανθρακικό οξύ]] (H₂CO₃), αλλά οι περισσότερες ενώσεις με πολλαπλά άτομα οξυγόνου συνδεμένα και με απλό δεσμό σε ένα μοναδικό άτομο άνθρακα είναι ασταθείς<ref> Loerting, T. et al. (2001). "On the Surprising Kinetic Stability of Carbonic Acid". Angew. Chem. Int. Ed. 39 (5): 891–895. doi:10.1002/(SICI)1521-3773(20000303)39:5<891::AID-ANIE891>3.0.CO;2-E. PMID 10760883.</ref>. Μέσω αυτού του ενδιάμεσου (δηλαδή του ανθρακικού οξέος) παράγονται ανθρακικά ιόντα (CO₃^2-), που σταθεροποιούνται μέσω του φαινομένου του συντονισμού ή μεσομέρειας. Κάποια σημαντικά ορυκτά είναι ανθρακικά, όπως ο αξιοσημείωτος [[ασβεστίτης]]. Ο [[διθειάνθρκας]] (CS₂) είναι παρόμοια (δομικά) ένωση. Το άλλο συνηθιμένο οξείδιο είναι το μονοξείδιο του άνθρακα (CO). Σχηματίζεται με ατελή καύση ανθρακούχων υλικών. Είναι ένα άχρωμο και άοσμο αέριο (στις [[κανονικές συνθήκες|συνηθισμένες συνθήκες]]). Το μόριό του περιέχει έναν τριπλό δεσμό και είναι μέτρια πολικό, με αποτέλεσμα να έχει μια τάση να σχηματίζει ένα μόνιμο δεσμό με την [[αιμογλοβίνη]], εκτοπίζοντας το οξυγόνο, γεγονός που οδηγεί σε χαμηλώτερη ικανότητα οξυγόνωσης του αίματος<ref>Haldane J. (1895). "The action of carbonic oxide on man". Journal of Physiology 18 (5–6): 430–462. PMC 1514663. PMID 16992272.</ref><ref> name="Gorman, D. 2003">Gorman, D.; Drewry, A.; Huang, Y. L.; Sames, C. (2003). "The clinical toxicology of carbon monoxide". Toxicology 187 (1): 25–38. doi:10.1016/S0300-483X(03)00005-2. PMID 12679050.</ref>. Τα κυανιούχα ιόντα (CN^-) έχουν παρόμοια δομή, αλλά συμπεριφέρεται πολύ όμοια με τα ιόντα των [[αλογόνα|αλογόνων]], και γι' αυτό ονομάζεται συχνά ως «ψευδοαλογόνο». Για παράδειγμα σχηματίζει το [[δικυάνιο]] [(CN)₂], όμοια με το σχηματισμό των διατομικών μορίων των στοιχειακών αλογόνων. Μερικά άλλα, λιγότερο συνηθισμένα και γνωστά οξείδια του άνθρακα είναι το [[υποξείδιο του άνθρακα]] (C₃O₂)<ref> name="Gorman, D.; Drewry, A.; Huang, Y. L.; Sames, C. (2003). "The clinical toxicology of carbon monoxide". Toxicology 187 (1): 25–38. doi:10.1016/S0300-483X(03)00005-2. PMID 12679050.</ref>, το ασταθές [[μονοξείδιο του διάνθρακα]] (C₂O)<ref>Bayes, K. (1961). "Photolysis of Carbon Suboxide". Journal of the American Chemical Society 83 (17): 3712–3713. doi:10.1021/ja01478a033.</ref><ref>Anderson D. J.; Rosenfeld, R. N. (1991). "Photodissociation of Carbon Suboxide". Journal of Chemical Physics 94 (12): 7852–7867. Bibcode:1991JChPh..94.7857A. doi:10.1063/1.460121.</ref>, το [[τριοξείδιο του άνθρακα]] (CO₃)<ref> Sabin, J. R.; Kim, H. (1971). "A theoretical study of the structure and properties of carbon trioxide". Chemical Physics Letters 11 (5): 593–597. Bibcode:1971CPL....11..593S. doi:10.1016/0009-2614(71)87010-0.</ref><ref> Moll N. G., Clutter D. R., Thompson W. E. (1966). "Carbon Trioxide: Its Production, Infrared Spectrum, and Structure Studied in a Matrix of Solid CO2". Journal of Chemical Physics 45 (12): 4469–4481. Bibcode:1966JChPh..45.4469M. doi:10.1063/1.1727526.</ref>, η [[κυκλοπεντανοπεντόνη]] (C₅O₅)<ref name="fatiadi">

Με δραστικά [[μέταλλα]], όπως το [[βολφράμιο]], ο άνθρακας σχηματίζει [[καρβίδια]] (C^4- ή [[ακετυλενίδια]] (C₂^2-) για να σχηματίσει ενώσεις ή [[κράμα|κράματα]]τα με υψηλές [[τήξη|θερμοκρασίες τήξης]]. Αυτά τα ανιόντα σχετίζονται επίσης με το [[μεθάνιο]] και το [[αιθίνιο]], που είναι και τα δυο πολύ ασθενή οξέα. Με ηλεκτραρνητικότητα ίση με 2,5<ref>Pauling, L. (1960). The Nature of the Chemical Bond (3rd ed.). Ithaca, NY: Cornell University Press. p. 93. ISBN 0-8014-0333-2.</ref>, ο άνθρακας «προτιμά» να σχηματίζει ομοιοπολικούς δεσμούς. Λίγα καρβίδια, όμως, έχουν ομοιοπολικές δομές, όπως το [[καρβίδιο του πυριτίου]] (SiC).

Παρόλο που είναι κατανοητό ότι ο άνθρακας σχηματίζει αποκλειστικά τέσσερεις (4) δεσμούς, έχει αναφερθει μια ενδιαφέρουσα ένωση που περιέχει ένα [[οκτάεδρο|οκταεδρικό]] άτομο άνθρακα με έξι (6) συναρμοτές: Πρόκειται για το σύμπλοκο [[ιόν|κατιόν]] [(Ph₃PAu)₆C]²⁺. Αυτό το φαινόμενο αποδώθηκε στη [[χρυσοφιλία]] των συναρμωτών του [[χρυσός|χρυσού]]<ref> Scherbaum, Franz et al. (1988). ""Aurophilicity" as a consequence of Relativistic Effects: The Hexakis(triphenylphosphaneaurio)methane Dication [(Ph3PAu)6C]2+". Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 27 (11): 1544–1546. doi:10.1002/anie.198815441.</ref>.

Το [[1722]], ο [[Ρενέ Αντοΐν Φερχάλτ ντε Ρέαουμαρ]] (''René Antoine Ferchault de Réaumur'') επέδειξε τη μετατροπή του σιδήρου σε χάλυβα μέσω απορρόφησης μιας ουσίας, που τώρα είναι πια γνωστή ως άνθρακας<ref>Ferchault de Réaumur, R-A (1722). L'art de convertir le fer forgé en acier, et l'art d'adoucir le fer fondu, ou de faire des ouvrages de fer fondu aussi finis que le fer forgé (English translation from 1956). Paris, Chicago.</ref>. Το [[1772]], ο Αντουάν Λωράν Λαβουαζιέ (''Antoine Lavoisier'') απέδειξε ότι τα διαμάντια είναι μια μορφή άνθρακα, αφού όταν καίγονται δείγματα ξυλοκάρβουνου ή διαμαντιού δεν παράγεται ίχνος υγρασίας και επιπλέον και τα δυο εκλύουν την ίδια ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα, ανά γραμμάριο δείγματος<ref>"Carbon". Canada Connects. Retrieved 2010-12-07.</ref>. Το [[1779]], ο Καρλ Γουΰλχελμ Σχηλ (''Carl Wilhelm Scheele'') έδειξε ότι ο γραφίτης, που νόμιζαν τότε ότι είναι μια μορφή [[μόλυβδος|μολύβδου]], είναι ομοούσιος με το ξυλοκάρβουνο, αλλά με μια μικρή πρόσμειξη σιδήρου, και ότι έδεινε ''aerial acid'' (δηλαδή αέριο οξύ, όπως ονόμαζε τότε ο ερευνητής το διοξείδιο του άνθρακα) όταν επιδρούσε (στο γραφίτη) με νιτρικό οξύ<ref> Senese, Fred. "Who discovered carbon?". Frostburg State University. Retrieved 2007-11-24.</ref>. Το [[1786]], οι [[Γαλλία|Γάλλοι]] επιστήμονες [[Κλαούντ Λουΐς Μπερθολλέτ]] (''Claude Louis Berthollet''), [[Γκασπάρντ Μονγκέ]] (''Gaspard Monge'') και [[Βεντερμοντέ]] (''C. A. Vandermonde'') επιβεβαίωσαν ότι ο γραφίτης αποτελείται κυρίως από άνθρακα, οξειδώνοντάς τον με τον ίδιο τρόπο που είχε χρησιμοποιήσει ο Λαβουαζιέ για το διαμάντι<ref>Giolitti, Federico (1914). The Cementation of Iron and Steel. McGraw-Hill Book Company, inc.</ref>. Κάποια πρόσμειξη σιδήρου και πάλι απέμεινε, γεγονός που οδήγησε τους Γάλλους ερευνητές επιστήμονες στη σκέψη ότι ο σίδηρος είναι απαραίτητος για τη δομή του γραφίτη. Ωστόσο, στη δημοσίευσή τους πρότηταν την ονομασία ''carbone'' (από το λατινικό ''carbonum'') για το χημικό στοιχείο στο γραφίτη, που σχημάτιζε ένα αέριο όταν καίγονταν ο γραφίτης. Τελικά, ο Λαβουαζιέ περιέλαβε και τον άνθρακα στη λίστα των χημικών στοιχείων στο βιβλίο του το [[1789]]<ref>Senese, Fred (200-09-09). "Who discovered carbon?". Frostburg State University. Retrieved 2007-11-24.</ref>.

Μια ένα αλλομορφή του άνθρακα, το φουλλερένιο, ανακαλύφθηκε το [[1985]]<ref> Kroto, H. W.; Heath, J. R.; O'Brien, S. C.; Curl, R. F.; Smalley, R. E. (1985). "C60: Buckminsterfullerene". Nature 318 (6042): 162–163. Bibcode:1985Natur.318..162K. doi:10.1038/318162a0.</ref>, που περιλαμβάνει νανοδομές μορφών όπως οι μπακισφαίρες και οι νανοσωλήνες<ref name="buckyballs"/>. Οι εφευρέτες τους, [[Ρόμπερτ Κουρλ]] (''Robert Curl''), [[Χάρολντ Κρότο]] (''Harold Kroto'') και [[Ρίτσαρντ Σμώλλεϋ]] (''Richard Smalley''), έλαβαν το [[Βραβείο Νόμπελ]] Χημείας το [[1996]]<ref>"The Nobel Prize in Chemistry 1996 "for their discovery of fullerenes"". Retrieved 2007-12-21.</ref>. Το αποτέλεσμα των ερευνών τους ανανέωσε το ενδιαφέρον για νέες αλλομορφές και οδήγησε στην ανακάλυψη επιπλέον εξωτικών αλλομορφών, που περιλαμβάνουν τον υαλώδη άνθρακα και τη συνειδητοποίηση ότι ο αποκαλούμενος «άμορφος άνθρακας» δεν είναι τελείως άμορφος<ref name="glassy carbon"/>.

Εμπορικά βιώσιμα φυσικά κοιτάσματα γραφίτη υπάρχουν σε πολλά μέρη του πλανήτη μας, αλλά οι πιο σημαντικές οικονομικά πηγές είναι στην [[Κίνα]], στην [[Ινδία]], στη [[Βραζιλία]] και στη [[Βόρεια Κορέα]]. Τα κοιτάσματα γραφίτη είναι [[Μεταμορφωσιγενές πέτρωμα|μεταμορφωσιγενή]]. Βρίσκονται μαζί με [[χαλαζίας|χαλαζία]], [[μαρμαρυγίες]] και [[Άστριοι|άστριους]] σε [[σχιστόλιθος|σχιστόλιθους]], [[Γνεύσιος|γνεύσιους]] και μεταμορφωμένους [[αμμόλιθος|αμμόλιθους]] και [[ασβεστόλιθος|ασβεστόλιθους]], με τη μορφή [[θύλακας ορυκτού|θύλακα]] ή [[φλέβα ορυκτού|φλέβας]], μερικές φορές πάχους ενός μέτρου ή μεγαλύτερο. Κοιτάσματα γραφίτη στην [[Μπορροουντέιλ]] (''Borrowdale''), στο [[Κάμπερλαντ]] (''Cumberland'') της [[Αγγλία|Αγγλίας]]ς είχαν στην αρχή σημαντικό μέγεθος και καθαρότητα, οπότε μέχρι το [[19ος αιώνας|19ο αιώνα]] τα [[μολύβι|μολύβια]]α φτιάχνονταν απλά από [[πριόνι|πριονισμένα]] κομμάτια φυσικού γραφίτη σε λωρίδες, πριν κλειστούν μέσα σε ξύλινο πλαίσιο. Σήμερα, μικρότερα κοιτάσματα γραφίτη παίρνονται με σύνθλιψη του πετρώματος και [[επίπλευση]] του γραφίτη, που είναι ελαφρύτερος από το νερό<ref name=USGS>USGS Minerals Yearbook: Graphite, 2009 and Graphite: Mineral Commodity Summaries 2011</ref>.

Μόνο ένα μικρό κλάσμα του υλικού που εξορρύσεται από τα αδαμαντορυχεία αποτελείται από πραγματικά διαμάντια. Το εξόρυγμα συνθλίβεται, αλλά με τρόπο που αποφεύγει την καταστροφή τυχόν μεγάλων διαμαντιών, και επομένως τα υλικά προϊόντα αυτής της «προσεκτικής» σύνθλιψης ταξινομούνται κατά πυκνότητα. Σήμερα, τα διαμάντια εντοπίζονται στο πλούσιο σε διαμάντια κλάσμα πυκνότητας της παραπάνω ταξινόμισης με χρήση [[φθορισμός με ακτίνες Χ|φθορισμού με ακτίνες Χ]]. Μετά τον εντοπισμό τους, τα τελικά στάδια κατάταξης γίνονται χειροποίητα. Πριν γίνει συνηθισμένη η χρήση των [[ακτίνες Χ|ακτίνων Χ]], ο διαχωρισμός γινόταν με [[γράσο|ζώνες γράσου]], εφόσον τα διαμάντια έχουν μεγαλύτερη τάση να κολλάνε στο γράσο από τα υπόλοιπα υλικά που εξορύσονται αρχικά μαζί τους στο κοίτασμα<ref> Harlow, G. E. (1998). The nature of diamonds. Cambridge University Press. p. 223. ISBN 0-521-62935-7.</ref>.

Η παραγωγή διαμαντιών από τα κύρια κοιτάσματα ([[κιμπερλίτες]] και [[λαμπροΐτες]]) άρχισε από τη δεκαετία [[1870]], μετά αό την ανακάλυψη αδαμαντοφόρων πεδίων στη [[Νότια Αφρική]]. Η παραγωγή αυξήθηκε με το χρόνο και τώρα υπολογίστηκε ότι μέχρι σήμερα εξορύχθηκαν 4,5 δισεκατομμύρια [[καράτι|καράτια]]α διαμαντιών<ref name=giasummer2007>Janse, A. J. A. (2007). "Global Rough Diamond Production Since 1870". Gems and Gemology (GIA). XLIII (Summer 2007): 98–119. doi:10.5741/GEMS.43.2.98.</ref>. Περίπου 20% της παραπάνω ποσότητας εξορύχθηκε κατά τα τελευταία [[5 (αριθμός)|5]] χρόνια μόνο, ενώ κατά τα τελευταία [[10 (αριθμός)|10]] χρόνια [[9 (αριθμός)|9]] νέα ορυχεία άρχισαν να παράγουν και [[4 (αριθμός)|4]] επιπλέον ετοιμάζονται να ανοίξουν σύντομα. Τα περισσότερα από αυτά τα ορυχεία εντοπίζονται στον [[Καναδάς|Καναδά]], στη [[Ζιμπάμπουε]], στην [[Αγκόλα]] και στη [[Ρωσία]]<ref name=giasummer2007/>.

Στις [[ΗΠΑ]], διαμάντια βρέθηκαν στο Αρκάνσας]], στο [[Κολοράντο]] και στη [[Μοντάνα]]<ref name=DGemGLorenz>Lorenz, V. (2007). "Argyle in Western Australia: The world's richest diamantiferous pipe; its past and future". Gemmologie, Zeitschrift der Deutschen Gemmologischen Gesellschaft (DGemG) 56 (1/2): 35–40.</ref><ref>"Microscopic diamond found in Montana". The Montana Standard. 2004-10-17. Retrieved 2008-10-10.</ref>. Το [[2004]] έγινε μια ανακάλυψη ενός μικροσκοπικού διαμαντιού στις [[ΗΠΑ]]<ref>Cooke, Sarah (2004-10-19). "Microscopic Diamond Found in Montana". Livescience.com. Archived from the original on 2008-07-05. Retrieved 2008-09-12.</ref>, που οδήγησε τον Ιανουάριο του [[2008]] στην ανακάλυψη σωλήνων κιμπερλίτη σε μια απομακρυσμένη περιοχή της Μοντάνα<ref>Delta News / Press Releases / Publications". Deltamine.com. Archived from the original on 2008-05-26. Retrieved 2008-09-12.</ref>.

Ο άνθρακας είναι ζωτικής σημασίας για όλες τις γνωστές μορφές ζωής, δηλαδή χωρίς αυτόν δεν εννοείται ζωή, τουλάχιστον όπως την ξέρουμε (δείτε την [[εναλλακτική βιοχημεία]], για κάποιες υποθετικές αντιρρήσεις). Η κύρια οικονομική χρήση του άνθρακα, πέρα από τη χρήση ανθρακούχων τροφών και της [[ξυλεία|ξυλείας]]ς, γίνεται με τη μορφή των [[υδρογονάνθρακες|υδρογονανθράκων]], με μεγαλύτερη έμφαση στα καύσιμα που προέρχονται από το [[φυσικό αέριο]] και το [[πετρέλαιο|αργό πετρέλαιο]]. Το αργό πετρέλαιο χρησιμοποιείται από την [[πετροχημική βιομηχανία]] για την παραγωγή, μεταξύ άλλων, [[βενζίνη|βενζίνης]]ς και [[κηροζίνη|κηροζίνης]]ς, μέσω της διεργασίας της [[διυλιστήριο|διύλισης]], σε διυλιστήρια. Η [[κυτταρίνη]] είναι ένα φυσικό ανθρακούχο πολυμερές που παράγεται από τα [[φυτά]], αν και συνήθως λαμβάνεται από το [[βαμβάκι]], το [[λινάρι]] και την [[κάνναβη]]. Η κυτταρίνη χρησιμοποιείται κυρίως για τη διατήριση της δομής των φυτών. Υπάρχουν και ζωικής προέλευσης οικονομικώς πολύτιμα φυσικά ανθρακούχα πολυμερή, όπως το [[μαλλί]], το [[κασμίρι]] και το [[μετάξι]]. Τα [[πλαστικά]] είναι από συνθετικά ανθρακούχα πολυμερή, που συχνά περιέχουν επίσης [[οξυγόνο]], [[άζωτο]] ή και [[αλογόνα]]. Οι πρώτες ύλες για πολλά από αυτά τα συνθετικά υλικά προέρχονται επίσης από το αργό πετρέλαιο.

Οι χρήσεις του άνθρακα και των ενώσεών του είνα εξαιρετικά ποικίλες. Μπορεί να σχηματίσει [[κράμα|κράματα]]τα με το [[σίδηρος|σίδηρο]], το πιο συνηθισμένο από τα οποία είναι ο [[χάλυβας]]. Ο γραφίτης, (συχνά) μαζί με [[άργιλλος|άργιλο]] και συνθετικά συνδετικά, χρησιμοποιείται για κατασκευή μυτών από [[μολύβι|μολύβια]]α (κοινά και μηχανικά) για [[γραφή|γράψιμο]], [[σχέδιο|σχεδίαση]] και [[ζωγραφική]]. Χρησιμοποιείται επίσης ως ένα λιπαντικό, ως ένα χρώμα βαψίματος, ως ένα υλικό χύτευσης για παραγωγή [[γυαλί|γυαλιού]], για [[ηλεκτρόδιο|ηλεκτρόδια]] σε ξηρές [[μπαταρία|μπαταρίες]] και σε [[ηλεκτροεπιμετάλλωση|ηλεκτροεπικάλυψη]] και [[ηλεκτροδιαμόρφωση]], σε [[ψύκτρα|ψύκτρες]] για [[Ηλεκτρικός κινητήρας|ηλεκτροκινητήρες]] και ως ένας [[επιβραδυντής νετρονίων]] σε [[Πυρηνικός αντιδραστήρας|πυρηνικούς αντιδραστήρες]].

εξωθημένων και τεντωμένων νημάτιων [[πολυακρυλονιτρίλιο|πολυακρυλονιτρίλιου]]υ (PAN = PolyAcryloNitrile) και άλλων οργανικών ουσιών. Η [[κρυσταλλογραφική δομή]] και οι μηχανικές ιδιότητες των ανθρακονημάτων εξαρτώνται από τον τύπο της πρώτης ύλης, αλλά και από την επακόλουθη επεξεργασία. Τα ανθρακονήματα που γίνονται από PAN έχουν δομή που μοιάζει με στενά φύλλα γραφίτη, αλλά η θερμική επεξεργασία μπορεί να επανοργανώσει τη δομή σε ένα συνεχόμενο ελαστικό φύλλο. Το αποτέλεσμα είναι ανθρακονήματα με υψηλότερη [[σχετική δύναμη εφελκυσμού]] ακόμη και από το χάλυβα<ref> Cantwell, W. J.; Morton, J. (1991). "The impact resistance of composite materials – a review". Composites 22 (5): 347–62. doi:10.1016/0010-4361(91)90549-V.</ref>.

Η [[αιθάλη]] χρησιμοποιήθηκε ως ένα μαύρο χρώμα για [[εκτυπωτής|εκτυπωτικό μελάνι]], για καλλιτεχνικό [[ελαιόχρωμα]] και για [[υδρόχρωμα|υδροχρώματα]], για [[χαρτί αντιγραφής]] (καρμπόν), για [[φινίρισμα]] [[αυτοκίνητο|αυτοκινήτων]], για [[ινδικό μελάνι]] και για κασέτα επικτυπωτή [[λέιζερ]]. Η αιθάλη χρησιμοποιήθηκε επίσης ως ένα υλικό πλήρωσης για [[λάστιχο|λαστιχένια]] προϊόντα, όπως [[ελαστικός τροχός|ελαστικοί τροχοί]] και σε πλαστικές ενώσεις. Ο [[ενεργός άνθρακας]] χρησιμοποιείται ως ένα [[προσρόφηση|προσροφητικό]] και ως ενα προσροφητικό υλικό [[διήθηση|διήθησης]]ς σε εφαρμογές τόσο διαφορετικές μεταξύ τους όπως οι [[αντιασφυξιογόνα μάσκα|αντιασφυξιογόνες μάσκες]], ο [[καθαρισμός νερού]], οι [[απορροφητήρας κουζίνας|απορροφητήρες κουζίνας]] και στην [[ιατρική]] για την απορρόφηση [[τοξίνη|τοξινών]], [[δηλητήριο|δηλητηρίων]] ή και αερίων από ένα [[πεπτικό σύστημα]]. Ο άνθρακας χργσιμοποιείται για [[χημική αντίδραση|αντιδράσεις]] [[οξειδοαναγωγή|αναγωγής]] σε υψηλές θερμοκρασίες. Ο [[οπτάνθρακας]] χρησιμοποιείται για την αναγωγή σιδηρούχων ορυκτών σε (μεταλλικό) σίδηρο. Η [[βαφή χάλυβα]] επιτυγχάνεται με θέρμανση τελειωμένων χαλύβδινων προϊόντων με σκόνη άνθρακα. Το [[καρβίδιο του πυριτίου]] (SiC), το [[καρβίδιο του βολφραμίου]] (WC), το [[καρβίδιο του βορίου]] (B₄) και το [[καρβίδιο του τιτανίου]] (TiC) είναι ανάμεσα στα σκληρότερα γνωστά υλικά, και χρησιμοποιούνται ως «δόντια» σε εργαλεία κοπής και λείανσης. Ο [[ρουχισμός]], φυσικές και συνθετικές υφάνσιμες ύλες καθώς και το φυσικό και το συνθετικό [[δέρμα]], περιέχουν ανθρακούχες ουσίες, καθώς και όλες οι εσωτερικές επιφάνειες στο [[οικιστικό περιβάλλον]], εκτός από αυτές που χρησιμοποιούν άλλα υλικά, όπως [[γυαλί]], [[πέτρωμα|πετρώματα]] και [[μέταλλα]].

Ο καθαρός άνθρακας έχει εξαιρετικά μικρή [[τοξικότητα]] για τους ανθρώπους και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ακόμη και να καταπωθεί με ασφάλεια, στις μορφές του γραφίτη και του ξυλοκάρβουνου. Αντιστέκεται στη διάλυση ή σε χημικές προσβολές, ακόμη και στο [[οξύ|όξινο]] περιβάλλον του [[πεπτικό σύστημα|πεπτικού σωλήνα]]. Κατά συνέπεια αν και όταν εισέλθει στους [[Ιστός (βιολογία)|ιστούς]] του ανθρώπινου σώματος πιθανότατα παραμένει εκεί επ 'αόριστον. Η αιθάλη ήταν πιθανότα μια από τις πρώτες βαφές που χρησιμοποιήθηκαν για [[δερματοστιξία]] και ο [[παγάνθρωπος Ότζι]] (''Ötzi the Iceman'') βρέθηκε να έχει ανθρακούχα δερματοστιξία που έμειναν επάνω του για όλη του τη ζωή και άλλα 5.200 χρόνια μετά το θάνατό του<ref>Dorfer, Leopold; Moser, M; Spindler, K; Bahr, F; Egarter-Vigl, E; Dohr, G (1998). "5200-year old acupuncture in Central Europe?". Science 282 (5387): 242–243. Bibcode:1998Sci...282..239D. doi:10.1126/science.282.5387.239f. PMID 9841386.</ref>. Ωστόσο, η εισπνοή καρβουνόσκονης ή αιθάλης σε μεγάλες ποσότητες μπορεί να είναι επικίνδυνη, γιατί ερεθίζει τους ιστούς των [[πνεύμονας|πνευμόνων]] και προκαλεί συμφορητική πνευμονοπάθεια ή [[πνευμονοκονίαση των ανθρακωρύχων]]. Ομοίως, η διαμαντόσκονη, που χρησιμοποιείται ως λειαντικό, μπορεί να προκαλέσει βλάβες αν καταπωθεί ή εισπνευθεί. Μικροσωματίδια άνθρακα παράγονται από τις εξατμίσεις κινητήρων ντίζελ και μπορούν να συσσωρευτούν στους πνεύμονες<ref> Donaldson, K; Stone, V; Clouter, A; Renwick, L; MacNee, W (2001). "Ultrafine particles". Occupational and Environmental Medicine 58 (3): 211–216. doi:10.1136/oem.58.3.211. PMC 1740105. PMID 11171936.</ref>. Σε αυτά τα παραδείγματα, όμως, τα βλαβερά αποτελέσματα μπορεί να είναι αποτέλεσμα μόλυνσης των σωματιδίων άνθρακα με οργανικά χημικά ή και βαριά μέταλλα και όχι από τον ίδιο τον άνθρακα.

Ο άνθρακας έχει μικρή τοξικότητα γενικά για όλες σχεδόν τις μορφές [[ζωή|ζωής]]ς στη Γη μας, αλλά ωστόσο υπάρχουν κάποια πλάσματα για τα οποία μπορεί ο άνθρακας να είναι πραγματικά τοξικός. Για παράδειγμα, τα νανοσωματίδια άνθρακα είναι θανατηφόρα για τα [[δροσόφιλα]] (''Drosophila'')<ref> Carbon Nanoparticles Toxic To Adult Fruit Flies But Benign To Young ScienceDaily (Aug. 17, 2009)</ref>.

Η μεγάλη ποικιλία των ανθρακούχων ενώσεων περιλαμβάνουν θανατηφόρα δηλητήρια, όπως η [[τετροδοτοξίνη]], η [[λεκτίνες|λεκτίνη]] [[ρυζίνη]] από σπόρους της [[ρετσινολαδιά|ρετσινολαδιάς]]ς, τα [[υδροκυάνιο|κυανιούχα ιόντα]] (CN^-) και το [[μονοξείδιο του άνθρακα]], αλλά και ενώσεις ζωτικές για τους ζώντες οργανισμούς, όπως η [[γλυκόζη]] και οι [[πρωτεΐνες]].