Atomul care face lanțuri
Un atom de carbon are patru electroni pe stratul exterior și patru legături de făcut, pe care le face cu aproape orice — mai ales cu alți atomi de carbon. Legăturile carbon–carbon sunt puternice, așa că carbonul se leagă în lanțuri, inele și cuști de orice lungime: se cunosc mai mulți compuși ai carbonului decât ai tuturor celorlalte elemente la un loc — obiectul chimiei organice.
Elementul pur are mai multe forme. În diamant, fiecare atom e legat de alți patru într-o rețea tetraedrică rigidă, ceea ce îl face cel mai dur material natural și un conductor de căldură mai bun decât orice metal. În grafit, atomii stau în foi hexagonale plane, puternic legate în interiorul foii și abia ținute laolaltă între foi, așa că e moale, alunecos, negru și conduce electricitatea. O singură foaie de grafit este grafenul, izolat de Andre Geim și Konstantin Novoselov în 2004; închisă într-o sferă de șaizeci de atomi e buckminsterfulerena, găsită de Harry Kroto, Robert Curl și Richard Smalley în 1985.
Unde se află
Carbonul este al patrulea element ca abundență în univers, format în stele prin fuziunea a trei nuclee de heliu — un pas care funcționează doar pentru că nucleul de carbon are un nivel de energie exact acolo unde e nevoie, cum a prezis Fred Hoyle în 1953. Pe Pământ e cam 0,02 % din scoarță, aproape tot închis în calcar și în alți carbonați; cărbunele, petrolul și gazul sunt un mic rest. Aerul îl conține ca dioxid de carbon, cam 0,04 % în volum, iar oceanele conțin de vreo cincizeci de ori mai mult, dizolvat.
Ciclul carbonului circulă între ele: plantele și algele iau dioxid de carbon din aer și, cu apăCompus: Apă. Doi hidrogeni, un oxigen și cea mai mare parte a lumii vii și lumina soarelui, construiesc din el zahăr; tot ce mănâncă, respiră sau putrezește îl trimite înapoi. Diamantul se formează la mare adâncime în manta și urcă prin coșuri vulcanice; grafitul se extrage din mine sau se fabrică în cuptoare din cocs de petrol.
Viață, foc și oțel
Orice proteină, zahăr, grăsime sau fir de ADN e un schelet de carbon cu alți atomi prinși de el. Energia care mișcă lumea modernă e tot carbon: cărbunele, petrolul și gazul sunt rămășițele vieții străvechi, iar arderea lor trimite în aer peste 35 de miliarde de tone de dioxid de carbon în fiecare an. Gazul reține căldura; creșterea lui de la circa 280 la peste 420 de părți la un milion din 1800 încoace încălzește clima.
Carbonul face din fierElement: Fier. Metalul care a clădit lumea modernă și miezul planetei de sub ea oțel: până la vreo două procente, dizolvate în metal, sunt ceea ce îl face dur. Grafitul dă electrozi și creuzete, negrul de fum întărește anvelopele, fibra de carbon construiește avioane și biciclete, diamantul taie și găurește. Iar ¹⁴C rămas în lemnul, osul sau pânza veche le datează încă de la primele măsurători ale lui Willard Libby, în 1949.
Mai vechi decât istoria
Mangalul e mai vechi decât scrisul: animalele de pe pereții peșterii Chauvet au fost desenate cu el acum mai bine de treizeci de mii de ani, iar cărbunele, funinginea și diamantul le erau familiare anticilor. Grafitul, dezgropat la Borrowdale, în Cumbria, în secolul al XVI-lea, a fost luat drept un soi de plumb, motiv pentru care în engleză mina creionului se numește și astăzi „lead”, plumb.
În 1772, Antoine Lavoisier a concentrat razele soarelui printr-o lentilă mare asupra unui diamant și a constatat că acesta arde în întregime, transformându-se în aer fix, același gaz pe care îl dă mangalul; în 1779, Carl Wilhelm Scheele a arătat că grafitul face la fel. Lavoisier și colegii lui au numit elementul carbone, de la latinescul carbo, cărbune, în Méthode de nomenclature chimique din 1787, iar în Traité din 1789 el l-a trecut printre substanțele simple. În 1797, Smithson Tennant a cântărit gazul provenit dintr-un diamant ars și a tranșat chestiunea: diamantul e carbon pur.