Podem trobar
el carboni en tres varietats al·lotròpiques: diamant, grafit i carboni amorf.
Aquestes varietats són sòlides amb uns punts de fusió extremadament alts
i són insolubles en tots els dissolvents a temperatures
ordinàries. Les propietats físiques de les tres formes
difereixen àmpliament com a conseqüència de les diferències en l'estructura
cristal·lina. En el diamant, una de les substàncies conegudes
com a més dures, cada àtom es vincula amb quatre àtoms més
en una estructura tridimensional. El carboni és incolor i no condueix l'electricitat.
Els diamants acostumen a tenir un to
groguenc lleu i la presència d'algunes impureses
li dóna uns lleugers tons rosat, blau, vermell i verd que són
molt apreciats en la joieria. Els diamants imperfectes
acostumen a utilitzar-se en la construcció d'eines
de tall i també per tallar i polir altres pedres.
El diamant, a 800ºC, crema en l'oxigen pur produint diòxid de carboni.
És possible fabricar diamants artificials sotmetent el
carbó a altes pressions i temperatures però els
diamants obtinguts així són molt petits i el cost
de producció és excessivament elevat.
El grafit es troba molt difós en la
naturalesa. Estructuralment consisteix en capes planes d'àtoms
organitzats hexagonalment que s'uneixen dèbilment unes
amb les altres. És una substància tova, untuosa i de color negre brillant.
El grafit és un bon conductor del corrent
elèctric, resisteix a l'acció de molts reactius
químics i és força estable davant de la calor. Per totes
aquestes propietats és utilitzat per fabricar elèctrodes
així com en alguns processos de galvanoplàstia.
Mesclat amb argila és el principal constituent de les mines dels
llapis.
El carboni amorf es caracteritza per tenir un grau
molt baix de cristal·lització. El carboni amorf pur pot obtenir-se
escalfant sucre purificat a 900ºC en absència d'aire.
El punt de fusió del grafit és 3.925ºC i el del diamant
3.823ºC. Les densitats són 2,25 i 3,51 kg/m³, respectivament.
Si es dissol una petita proporció
de carboni en el
ferro fos
obtenim l'acer. La configuració electrònica
del carboni explica les altes possibilitats de combinació
amb ell mateix i amb altres elements, produint una quantitat de compostos que requereixen un estudi específic que anomenem la química del carboni.
La seva reacció amb l'hidrogen
a alta temperatura produeix metà:
C + 2H2 = CH4
A temperatures ordinàries el carboni es caracteritza
per la baixa reactivitat. A altes temperatures reacciona directament
amb la majoria dels metalls per tal de formar carburs i amb l'oxigen per formar monòxid de carboni (CO)
i diòxid de carboni (CO2 ).
El carboni en forma de coc s'utilitza per
treure
oxigen a minerals d'òxids metàl·lics amb la finalitat d'obtenir el metall pur. El carboni també forma
compostos amb la majoria dels elements no metàl·lics,
malgrat que alguns d'ells, com el tetraclorur de carboni (CCl4
) s'han d'obtenir indirectament.
El 1985 els científics van vaporitzar el
grafit per produir una forma estable de la molècula
de carboni que consisteix en 60 àtoms de carboni de forma
esfèrica, semblant a una pilota de futbol.
"buckyball"
La molècula se l'anomenà familiarment buckyball
en honor a R. Buckminster Fuller, el seu descobridor. La molècula
podria ser comuna en la pols interestel·lar.