Углерод
Углерод известен человечеству с древнейших времен. Его элементарная природа была установлена А. Лавуазье но второй половине XVIII в.
Порядковый номер углерода 6, атомная масса 12,011. Атом имеет ядро с зарядом +6, электронная конфигурация Is22s22p2. Углерод имеет два устойчивых изотопа: 
(98,892%) и 
(1,108%). Очень важен радиоактивный изотоп 
(период полураспада 5570 лет), испускающий b-лучи. С помощью радиоуглеродного анализа путем определения концентрации изотопа ученые довольно точно определяют возраст углеродсодержащих пород, археологических находок, геологических событий.
Углерод в свободном состоянии в природе встречается в виде двух аллотропных модификаций: алмаза и графита. Искусственно получены карбин, аморфный углерод (древесный уголь, активированный уголь) и фуллерен.
В алмазе атомы углерода находятся в состоянии spз-гuбридизации, все связи эквивалентны и очень прочны. Атомы образуют непрерывный трехмерный каркас (рис. 1). Алмаз является самым твердым веществом в природе, кристаллы алмаза бесцветные, прозрачные, сильно преломляющие свет; плотность алмаза 3,5 г/см3.
Рис. 1. Кубическая структура алмаза
Алмаз при 2073 – 2123 К без доступа воздуха превращается в графит.
В графите атомы углерода находятся в состоянии sp2-гuбридизации и расположены в параллельных слоях, образуя гексагональную сетку. Внутри слоя атомы связаны гораздо сильнее, чем между слоями, объединенными вандерваальсовыми силами. Поэтому кристаллы графита имеют пластинчатую структуру: этим объясняются «пишущие» свойства графита. Поэтому же графит обладает анизотропными свойствами (величина ряда физических свойств зависит от направления). Так, в отличие от алмаза, графит хорошо проводит электрический ток, но только в определенных направлениях (проявление анизотропии).
Графит представляет собой серую, с металлическим блеском, непрозрачную, жирную на ощупь массу с плотностью 2,3 г/см3. При нагревании до 2773 К и при давлении 6 × 106-10 × 106 кПа наблюдается частичное превращение графита в алмаз.
Карбин вначале был получен синтетически, а затем найден в природе в минерале чаоит и представляет собой линейный полимер, имеющий строение (–СºС–СºС–) или (=С=С=С=)n
В карбине атомы углерода находятся в состоянии sp-гибридизации. Карбин представляет собой белые кристаллы (включения в чаоите) или мелкокристаллический черный порошок с плотностью 3,23 — 3,30 г/см3. При нагревании до 1073 К карбин превращается в графит.
Аморфный уголь получают различными способами из дерева, каменного и бурого угля, нефти, природных газов и других продуктов. Многие исследователи считают, что так называемые аморфные угли фактически являются микрокристаллическими формами графита.
Последняя аллотропная модификация – фуллерены — объединяет несколько строго определенных молекулярных форм углерода; состав отдельных молекул отвечает формулам С60, C70, С76 и др. Фуллерены можно приготовить различными способами. Впервые в 1985 г. была получена молекулярная форма состава С60. Аллотроп. образовался в струе чистого гелия, со сверхзвуковой скоростью обдувающего графитовый электрод, поверхность которого, в свою очередь, облучали мощным лазером. Молекулы фуллеренов представляют собой «как бы замкнутые клетки», образованные соединенными по ребрам правильными пятиугольниками или шестиугольниками. Так, фуллерен С60 (его индивидуальное название бакмчнстерфуллерен) образован 20 шестиугольниками и 12 пятиугольниками (рис. 2) и похож на футбольныймяч. Радиус такой молекулы составляет – 3,35А. Если же говорить на строгом физическом языке, то молекула С60 представляет собой сфероид с икосаэдрической симметрией, в каждой вершине которого находится атом углерода, связанный с тремя другими атомами с помощью s-связей. При этом 60 p-электронов (по одному от каждого атома) образуют единую сопряженную систему.
Рис..2. Структура бакминфуллерена С60
Молекула С60 является родоначальником целого класса аллотропов, подобно тому, как, например, бензол – родоначальник ароматических углеводородов. Свое название фуллерены получили в честь американского архитектора Р. Б. Фуллера, который предложил строить ангары и другие подобные сооружения в форме сфер, поверхности которых образованы пяти- и шестиугольниками (см. рис. 2). Столь подробный рассказ о фуллеренах оправдан, на наш взгляд, по нескольким причинам. Во-первых, имеется совсем немного книг (для школьников) на русском языке, в которых не то что рассказывается, но хотя бы упоминается о фуллеренах. Во-вторых, – и это главное – свойства фуллеренов оказались настолько интересными и необычными, что интерес к ним не ослабевает с момента их открытия, и ученые, открывшие их, в 1996 г. были удостоены Нобелевской премии. Фуллерены обладают многими необычными свойствами. В отличие от других аллотропов они растворимы в неполярных растворителях, например, в бензоле или четыреххлористом углероде; при этом растворы фуллерена С60 обладают красно-фиолетовой окраской, фуллерена c70 — оранжево-желтой. Фуллерены взаимодействуют с галогенами, образуя продукты присоединения.
Особенно интересным оказалось то, что фуллерены С60, выступая в качестве лиганда, могут взаимодействовать со щелочными и некоторыми другими металлами. При этом образуются комплексные соединения состава Ме3С60, обладающие свойствами высокотемпературных сверхпроводников (рис. 3). Температура перехода в сверхпроводящее состояние составляет для К3С60 – 18К, для РbСs2С60 – 33К, для RbTl2C60 – 43К.
Рис. 3. Фрагмент структуры сверхпроводимого состава К3С60
В обычных условиях углерод химически инертен, из галогенов только фтор непосредственно взаимодействует с образованием тетрафторида углерода: С + 2F2 = CF4
При нагревании с избытком воздуха углерод образует диоксид: C + O2 = CO2
пои недостатке кислорода получается монооксид: 2С + О2 = 2СО.
При высоких температурах углерод вступает в химические реакции со многими металлами
и металлами 
Соединения углерода с металлами получили название карбидов. Карбиды представляют собой твердые, тугоплавкие часто химически стойкие вещества. Например карбид титана не щупает в реакции с W и НС1 даже при 600 0С
Большинство карбидов взаимодействуют с H2О и НС1.
Углерод восстанавливает многие металлы из их оксидов:
При высокой температуре углерод, взаимодействуя с оксидами щелочно-земельных металлов, алюминия, кремния и других, образует карбиды:
Раскаленный углерод восстанавливает воду (водяные пары):
Концентрированные азотная и серная кислоты окисляют углерод до диоксида:
В присутствии катализатора и при нагревании углерод взаимодействует с водородом:
