O carbono (do latín, carbo, 'carbón') é un elemento químico de número atómico 6, símbolo C e masa atómica 12,01. É un non metal e tetravalente, dispoñendo de catro electróns para formar ligazóns químicas covalentes. Tres isótopos do carbono producense de forma natural, os estables 12C e 13C e o isótopo radioctivo 14C, que decae cunha vida media duns 5730 anos. O carbono é un dos poucos elementos coñecidos desde a antigüidade, e é o piar básico da química orgánica. Está presente na Terra en estado de corpo simple (carbón e diamantes), de compostos inorgánicos (CO2 e CaCO3) e de compostos orgánicos (biomasa, petróleo e gas natural). Tamén se sintetizaron moitas novas estruturas baseadas no carbono: carbón activado, negro de fume, fibras, nanotubos, fulerenos e grafeno.
O carbono é o 12.º elemento máis abundante na cortiza terrestre,Véxase o artigo da Wikipedia en inglés «Abundance of elements in Earth's crust», que recolle as estimacións de varios autores. e o cuarto elemento máis abundante no universo en masa despois do hidróxeno, o helio e o osíxeno. A abundancia do carbono, a súa diversidade única de compostos orgánicos e a súa infrecuente capacidade para formar polímeros ás temperaturas comunmente atopadas na Terra, permite que este elemento sirva como compoñente común de toda a vida coñecida. É o segundo elemento máis abundante no corpo humano en masa (aproximadamente o 18,5%) despois do osíxeno.
Os átomos de carbono poden unirse de diferentes maneiras, denominadas alótropos do carbono, reflexo das condicións de formación. Os máis coñecidos que ocorren naturalmente son o grafito, o diamante e o carbono amorfo. As propiedades físicas do carbono varían amplamente coa forma alotrópica. Por exemplo, o grafito é opaco e negro, mentres que o diamante é altamente transparente. O grafito é o suficientemente brando como para formar unha raia no papel (de aí o seu nome, do verbo grego "γράφειν" que significa 'escribir'), mentres que o diamante é o material natural máis duro coñecido. O grafito é un bo condutor eléctrico mentres que o diamante ten unha baixa condutividade eléctrica. En condicións normais, o diamante, os nanotubos de carbono e o grafeno teñen as condutividades térmicas máis altas de todos os materiais coñecidos. Todos os alótropos do carbono son sólidos en condicións normais, sendo o grafito a forma termodinámicamente estable. Son quimicamente resistentes e requiren altas temperaturas para reaccionar mesmo con osíxeno.
O estado de oxidación máis común do carbono nos compostos inorgánicos é +4, mentres que +2 atópase no monóxido de carbono e en complexos carbonilos de metais de transición. As maiores fontes de carbono inorgánico son as calcarias, dolomitas e dióxido de carbono, pero cantidades significativas prodúcense en depósitos orgánicos de carbón, turba, petróleo e clatratos de metano. O carbono forma un gran número de compostos, máis que calquera outro elemento, con case dez millóns de compostos descritos ata a data (con 500.000 compostos novos por ano), sendo con todo ese número só unha fracción do número de compostos teoricamente posibles baixo condicións estándar. Por esta razón, a miúdo o carbono describiuse como o «rei dos elementos».
A combustión do carbono en todas as súas formas foi a base do desenvolvemento tecnolóxico desde tempos prehistóricos. Os materiais baseados no carbono teñen aplicacións en numerosas áreas de vangarda tecnolóxica: materiais compostos, baterías de ións de litio, descontaminación do aire e da auga, eléctrodos para fornos de arco, na síntese de aluminio, etc.
É sólido a temperatura ambiente, e dependendo das condicións de formación, pode atoparse na natureza en distintas formas alotrópicas, carbono amorfo e cristalino en forma de grafito ou diamante. Na táboa periódica, é o primeiro (fila 2) dos seis elementos en columna (grupo) 14, que teñen en común a composición da súa capa electrónica exterior. O carbono é un dos poucos elementos coñecidos dende a antigüidade.
É o alicerce básico da química orgánica: coñecendose preto de 10 millóns de compostos de carbono, e forma parte de tódolos seres vivos coñecidos. Forma o 0,2 % da codia terrestre. Todas as formas de vida que se coñecen están formadas de moléculas compostas principalmente por carbono, hidróxeno, nitróxeno e osíxeno (ademais de multitude doutros elementos en menor proporción). Este elemento non metálico ten a interesante propiedade de ser quen de enlazarse con el mesmo e cunha ampla variedade doutros elementos.
Historia O carbón (do latín carbo -ōnis, "carbón") foi descuberto polas primeiras civilizacións humanas na prehistoria e coñecíase nas formas de tisne (ou feluxe) e carbón vexetal. Os diamantes coñecíanse probablemente xa no ano 2500 a.C. na China, mentres que o carbono en forma de carbón vexetal producíase arredor da época romana da mesma forma que hoxe en día, queimando madeira nunha estrutura en forma de pirámide cuberta de arxila para aislala do aire. miniatura|upright|esquerda|Antoine Lavoisier na súa mocidade En 1722, René Antoine Ferchault de Réaumur demostrou que o ferro se transformaba en aceiro mediante a absorción dalgunha substancia, hoxe coñecida como carbono. En 1772, Antoine Lavoisier demostrou que os diamantes son unha forma de carbono; cando queimou mostras de carbón vexetal e diamante e descubriu que ningún producía auga e que ambos liberaban a mesma cantidade de dióxido de carbono por gramo. miniatura|upright|Carl Wilhelm Scheele En 1779, Carl Wilhelm Scheele demostrou que o grafito, que fora considerado como unha forma de chumbo, era idéntico ao carbón vexetal pero cunha pequena mestura de ferro, e que daba "ácido aéreo" (o seu nome para o dióxido de carbono) cando se oxida con ácido nítrico. En 1786, os científicos franceses Claude Louis Berthollet, Gaspard Monge e C. A. Vandermonde confirmaron que o grafito era principalmente carbono oxidado en osíxeno do mesmo xeito que Lavoisier fixera co diamante. Tamén quedaba algo de ferro, que os científicos franceses consideraban necesario para a estrutura do grafito. Na súa publicación propuxeron o nome carbone (latín carbonum) para o elemento do grafito que se desprendía en forma de gas ao queimarse. Antoine Lavoisier incluíu entón o carbono como elemento no seu libro de texto de 1789.
Un novo alótropo do carbono, o fulereno, descuberto en 1985 inclúe formas nanoestructuradas como buckybolas e nanotubos Os seus descubridores – Robert Curl, Harold Kroto e Richard Smalley – recibiron o Premio Nobel de Química en 1996. O interese renovado resultante en novas formas levou ao descubrimento de outros alótropos exóticos, incluíndo o carbono vítreo, e a darse conta de que o "carbono amorfo" non é estritamente amorfo. Produción Grafito
miniatura|upright|esquerda|Exemplar de grafito Existen xacementos naturais de grafito comercialmente viables en moitas partes do mundo, pero as fontes máis importantes economicamente atópanse na China, India, Brasil e Corea do Norte. Os xacementos de grafito son de orixe metamórfico, e atópanse asociados a cuarzo, mica e feldespatos en xistos, gneis e arenitos e calcaria metamorfoseadas en forma de lente ou veta, ás veces dun metro ou máis de espesor. Ao principio, os xacementos de grafito de Borrowdale, Cumberland, Inglaterra eran o suficientemente grandes e puros como para que, ata o século XIX, os lapis se fabricasen aserrando bloques de grafito natural en tiras antes de envolvelos en madeira. Na actualidade, os xacementos de grafito máis pequenos obtéñense triturando a rocha nai e facendo flotar o grafito máis lixeiro na auga.USGS Minerals Yearbook: Graphite, 2009 and Graphite: Mineral Commodity Summaries 2011
Existen tres tipos de grafito natural: amorfo, en escamas ou cristalino e en vetas ou terróns. O grafito amorfo é de menor calidade e máis abundante. Contrariamente á ciencia, na industria "amorfo" refírese a un tamaño de cristal moi pequeno e non á ausencia total de estrutura cristalina. Amorfo úsase para produtos de grafito de menor valor e é o grafito de menor prezo. Grandes depósitos de grafito amorfo atópanse na China, Europa, México e os Estados Unidos. O grafito en escamas é menos común e de maior calidade que o amorfo; preséntase en forma de placas separadas que cristalizaron en rocas metamórficas. O prezo do grafito en escamas pode cuadriplicar o do amorfo. As escamas de boa calidade poden transformarse en grafito expandible para moitos usos, como retardante de chama. Os xacementos máis importantes atópanse en Austria, Brasil, Canadá, China, Alemaña e Madagascar. O grafito en vetas ou en anacos é o tipo de grafito natural máis raro, valioso e de maior calidade. Só se extrae comercialmente en Sri Lanka.
Segundo o USGS, a produción mundial de grafito natural foi de 1,1 millóns de toneladas en 2010, o que contribuíron a China con 800.000 t, a India con 130.000 t, o Brasil con 76.000 t, Corea do Norte con 30.000 t e o Canadá con 25.000 t. Non se informou da extracción de grafito natural nos Estados Unidos, pero en 2009 producíronse 118.000 t de grafito sintético cun valor estimado de 998 millóns de dólares.
Diamante
miniatura|upright=2.0|Produción de diamantes en 2005 A cadea de subministración de diamantes está controlada por un número limitado de empresas poderosas e tamén está moi concentrada nun pequeno número de lugares de todo o mundo (véxase o mapa).
Só unha fracción moi pequena do mineral de diamante son diamantes reais. O mineral triturase, durante o cal hai que ter coidado para evitar que os diamantes máis grandes se destruan neste proceso, posteriormente, as partículas clasifícanse por densidade. Na actualidade, os diamantes localízanse na fracción de densidade rica en diamantes con axuda da fluorescencia de raios X, tras o cal realízanse a man os últimos pasos de clasificación. Antes de que se xeneralizase o uso de raios X, a separación realizábase con cintas de graxa; os diamantes teñen unha maior tendencia a adherirse á graxa que os demais minerais da mena.
Historicamente sabíase que os diamantes só se atopaban en depósitos aluviais do sur da India. discussion on alluvial diamonds in India and elsewhere as well as earliest finds A India liderou o mundo na produción de diamantes desde o momento do seu descubrimento, aproximadamente no século IX a.C Ball was a Geologist in British service. Chapter I, Page 1 ata mediados do século XVIII d. C., pero o potencial comercial destas fontes esgotarase a finais do século XVIII e nese momento a India queda eclipsada polo Brasil onde se atoparon os primeiros diamantes non indios en 1725.
A produción de diamantes en xacementos primarios (kimberlitas e lamproitas) non comezou ata a década de 1870, tras o descubrimento dos campos de diamantes en Suráfrica. A produción aumentou co tempo e desde entón levase extraído un total acumulado de máis de 4.500 millóns de quilates. A maioría dos depósitos de diamantes comercialmente viables estaban en Rusia, Botswana, Australia e a República Democrática do Congo. En 2005, Rusia produciu case unha quinta parte da produción mundial de diamantes (principalmente no territorio da República de Sakha; por exemplo, Pipa Mir e Pipa Udachnaya), pero o mina Argyle en Australia converteuse na maior produtora, producindo 14 millóns de quilates en 2018. Espérase que os novos achados, nas minas canadense de Diavik e Ekati, se fagan aínda máis valiosos debido á produción de pedras preciosas de alta calidade.Mannion pp. 25–26
Nos Estados Unidos, atopáronse diamantes en Arcansas, Colorado e Montana. En 2004, o sorprendente descubrimento dun diamante microscópico nos Estados Unidos levou á toma de mostras a granel, en xaneiro de 2008, de tubos de kimberlita nunha parte remota de Montana. Aplicacións miniatura|upright|As minas dos portaminas están feitas de grafito (a miúdo mesturado cun aglutinante arxiloso ou sintético). left|miniatura|upright|Varas de vide e carbón vexetetal comprimido miniatura|upright|esquerda|Un pano tecido de fibras de carbono