Άνθρακας

Φυσική παρουσία

Ο άνθρακας είναι το τέταρτο πιο άφθονο χημικό στοιχείο κατά μάζα στο σύμπαν, μετά από το υδρογόνο, το ήλιο και το οξυγόνο. Ο άνθρακας είναι άφθονος στον Ήλιο, στα άστρα, στους κομήτες και στις ατμόσφαιρες των περισσότερων (γνωστών) πλανητών. Κάποιοι μετεωρίτες περιέχουν μικροσκοπικά διαμάντια που σχηματίστηκαν όταν το ηλιακό σύστημα ήταν ακόμη ένας πρωτοπλανητικός δίσκος. Μικροσκοπικά διαμάντια επίσης μπορούν να σχηματιστούν με τη συνύπαρξη έντονης πίεσης και υψηλής θερμοκρασίας στα σημεία σύγκρουσης μετεωριτών.
Το 2014 η NASA ανακοίνωσε μια πολύ αναβαθμισμένη βάση δεδομένων για τον εντοπισμό πολυκλικών αρωματικών υδρογονανθράκων (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs) στο σύμπαν. Περισσότερο από το 20% του άνθρακα του σύμπαντος ίσως να σχετίζεται με PAHs, που είναι σύνθετοι υδρογονάνθρακες χωρίς οξυγόνο. Αυτές οι ενώσεις αποτελούν (κεντρικό) θέμα της αποκαλούμενης παγκόσμιας υπόθεσης πολυκυκλικών αρωματικών υδρογονανθράκων (PAH world hypothesis), σύμφωνα με την οποία υποτίθεται ότι έπαιξαν ρόλο στην αβιογένεση και στο σχηματισμό ζωής στο σύμπαν. Οι πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες φαίνεται να συντέθηκαν 2 δισεκατομμύρια χρόνια ύστερα από τη Μεγάλη Έκρηξη και διασκορπίστηκαν σε όλο το σύμπαν και σχετίζονται με τον σχηματισμό νέων άστρων και με τους εξωπλανήτες.
Εκτιμήθηκε ότι το στερεό τμήμα της Γης περιέχει άνθρακα σε μέση συγκέντρωση 730 ppm, με 2.000 ppm στον πυρήνα και 120 ppm συνολικά στον μανδύα και τον φλοιό του πλανήτη. Εφόσον η μάζα της Γης (εκτιμήθηκε σε) 5.972·10²⁴ kg, τα συνολικά αποθέματα άνθρακα του πλανήτη ανέρχονται σε 4.360 πετατόνους. Η ποσότητα αυτή είναι πολύ μεγαλύτερη από την (εκτιμώμενη) ποσότητα άνθρακα στους ωκεανούς ή την ατμόσφαιρα του πλανήτη (δείτε παρακάτω).
Στον συνδυασμό άνθρακα και οξυγόνου στο διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας της Γης περιέχονται (συνολικά) περίπου 810 δισεκατομμύρια τόνοι άνθρακα, ενώ στο διαλυμένο (διοξείδιο του άνθρακα) στα υδάτινα σώματα (ωκεανοί κ.τ.λ.) περιέχονται (συνολικά) περίπου 36 τρισεκατομμύρια τόνοι άνθρακα. Ακόμη, περίπου 1,9 τρισεκατομμύρια τόνοι άνθρακα περιέχονται στη βιόσφαιρα. Τα ορυκτά ανθρακούχα κοιτάσματα (κάρβουνο, πετρέλαιο και φυσικό αέριο) περιέχουν γύρω στα 900 δισεκατομμύρια τόνους άνθρακα. Ειδικότερα στα κοιτάσματα πετρελαίου περιέχονται περίπου 150 δισεκατομμύρια τόνοι άνθρακα. Στα βεβαιωμένα κοιτάσματα φυσικού αερίου περιέχονται περίπου άλλοι 105 δισεκατομμύρια τόνοι άνθρακα, αλλά εκτιμάται ότι υπάρχουν επίσης 900 δισεκατομμύρια τόνοι άνθρακα στα μη βεβαιωμένα (ακόμη) κοιτάσματα φυσικού αερίου, συμπεριλαμβανομένου και του σχιστολιθικού φυσικού αερίου. Ειδικότερα, στα τελευταία (δηλαδή στα κοιτάσματα σχιστολιθικού φυσικού αερίου) περιέχονται περίπου 540 δισεκατομμύρια τόνοι άνθρακα. Άνθρακας παγιδεύθηκε επίσης στους μεθανυδρίτες 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 τόνων. Στο παρελθόν οι ποσότητες των ορυκτών υδρογονανθράκων ήταν μεγαλύτερες. Σύμφωνα με μια πηγή, στη χρονική περίοδο μεταξύ 1751 και 2008 καταναλώθηκαν περίπου 347 δισεκατομμύρια τόνων ορυκτού άνθρακα και εκλύθηκαν στην ατμόσφαιρα με τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα από τις καύσεις των ορυκτών καυσίμων. Ωστόσο, μια άλλη πηγή υπολογίζει την ποσότητα άνθρακα που προστέθηκε στην ατμόσφαιρα από το 1750 σε 879 δισεκατομμύρια τόνους, ενώ συνολικά κατέληξαν στην ατμόσφαιρα, στη θάλασσα και στη γη (σε τυρφώνες) σχεδόν 2 τρισεκατομμύρια τόνοι άνθρακα.
Ο άνθρακας είναι ένα κύριο συνθετικό σε πολύ μεγάλες μάζες ανθρακούχων πετρωμάτων (που περιλαμβάνουν ασβεστόλιθο, δολομίτη, μάρμαρο, κ.ά.). Ο γαιάνθρακας είναι η μεγαλύτερη εμπορική πηγή ορυκτού άνθρακα, μετρώντας για περίπου 9 τρισεκατομμύρια τόνους άνθρακα ή το 80% του ορυκτού καύσιμου άνθρακα. Είναι επίσης ένα πολύ πλούσιο σε άνθρακα υλικό, αφού για παράδειγμα ο ανθρακίτης περιέχει 92–98% άνθρακα.
Όσο για τις ανεξάρτητες αλλομορφές άνθρακα, ο γραφίτης βρίσκεται σε μεγάλες ποσότητες στις ΗΠΑ (κυρίως στις πολιτείες της Νέας Υόρκης και του Τέξας), στη Ρωσία, στο Μεξικό, στη Γροιλανδία και στην Ινδία. Τα φυσικά διαμάντια βρίσκονται σε πέτρωμα κιμπερλίτη, που βρίσκεται σς αρχαίους ηφαιστειακούς «λαιμούς» ή «σωλήνες». Τα μεγαλύτερα αποθέματα διαμαντιού βρίσκονται στην Αφρική, περισσότερο στη Νότια Αφρική, στη Ναμίμπια, στη Μποτσουάνα, στη Δημοκρατία του Κονγκό και στη Σιέρα Λεόνε. Υπάρχουν επίσης αποθέματα διαμαντιού στο Αρκάνσας, στον Καναδά, στη Ρωσική Αρκτική, στη Βραζιλία, καθώς και στη Βόρεια και Δυτική Αυστραλία. Διαμάντια έχουν επίσης ανακαλυφθεί στον ωκεάνιο πυθμένα του Ακρωτήριου της Καλής Ελπίδος. Ωστόσο, εκτός από τα φυσικά διαμάντια, περίπου το 30% όλων των βιομηχανικά χρησιμοποιούμενων διαμαντιών στις ΗΠΑ είναι πλέον συνθετικά.
Ο άνθρακας-14 σχηματίζεται στα ανώτερα στρώματα της τροπόσφαιρας και στη στρατόσφαιρα, σε υψόμετρα 9 - 15 χιλιομέτρων, με μια αντίδραση που ενεργοποιείται από τις κοσμικές ακτίνες, και σταδιακά καθιζάνει. Παράγονται θερμικά νετρόνια που συγκρούονται με πυρήνες αζώτου-14 και σχηματίζουν άνθρακα-14 και ένα πρωτόνιο:

Οργανικές ενώσεις

.
Ο άνθρακας έχει την ικανότητα να σχηματίζει πολύ μακριές αλυσίδες με δεσμούς C-C. Αυτή η ιδιότητα ονομάζεται αλυσοποίηση (catenation). Οι δεσμοί C-C είναι ισχυροί και σταθεροί. Αυτή η ιδιότητα επιτρέπει στον άνθρακα να μπορεί να σχηματίσει ένα σχεδόν άπειρο αριθμό πιθανών ενώσεων. Στην πραγματικότητα, οι γνωστές ανθρακούχες ενώσεις είναι περισσότερες από τις ενώσεις όλων των υπόλοιπων χημικών στοιχείων, εκτός από αυτές του υδρογόνου, γιατί οι περισσότερες οργανικές ενώσεις περιέχουν υδρογόνο.
Η απλούστερη μορφή οργανικών ενώσεων είναι οι υδρογονάνθρακες, μια μεγάλη οικογένεια οργανικών ενώσεων που περιέχουν μόνο άνθρακα και υδρογόνο. Το μήκος της ανθρακικής αλυσίδας, η ύπαρξη διακλαδώσεων και λειτουργικών ομάδων επηρεάζουν τις ιδιότητες των οργανικών ενώσεων.
Ο άνθρακας υπάρχει σε όλες τις γνωστές μορφές ζωής και είναι η βάση της Οργανικής Χημείας. Όταν οι ανθρακικές αλυσίδες ενώνονται με άτομα υδρογόνου σχηματίζονται οι διάφοροι υδρογονάνθρακες, που είναι σημαντικοί για τη βιομηχανία, ως ψυκτικά υγρά για ψυγεία, ως λιπαντικά, ως διαλύτες, ως πρόδρομες χημικές ουσίες για την παραγωγή πλαστικών και άλλων πετροχημικών προϊόντων, καθώς και ως καύσιμα.
Όταν συνδυάζονται άνθρακας, υδρογόνο και οξυγόνο, μπορούν να σχηματιστούν σημαντικές βιολογικές χημικές ενώσεις, που περιλαμβάνουν σάκχαρα, λιγνάνες, χιτίνες, αλκοόλες, λίπη, αρωματικούς εστέρες, καροτενοειδή και τερπένια. Μαζί και με το άζωτο σχηματίζονται αλκαλοειδή, που με την προσθήκη και θείου σχηματίζουν επίσης αντιβιοτικά, αμινοξέα και λαστιχένια προϊόντα. Μαζί και με το φωσφόρο, τα παραπάνω χημικά στοιχεία (δηλαδή ο άνθρακας, το υδρογόνο, το οξυγόνο, το άζωτο, το θείο και ο φωσφόρος) σχηματίζουν DNA και RNA, τον χημικό γενετικό κώδικα, το φορέα της ζωής, καθώς και το ATP, το σημαντικότερο μεταφορέα ενέργειας για όλα τα ζωντανά κύτταρα.

Ανόργανες ενώσεις

Συνήθως ανθρακούχες ενώσεις που σχετίζονται με ορυκτά ή που δεν περιλαμβάνουν υδρογόνο ούτε φθόριο, έχουν μεταχείριση 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 (CO) και το διοξείδιο του άνθρακα (CO₂). Το τελευταίο (δηλαδή το διοξείδιο του άνθρακα) ήταν κάποτε κύριο συστατικό της παλαιοατμόσφαιρας της Γης, αλλά είναι δευτερεύον συστατικό της σημερινής ατμόσφαιρας του πλανήτη μας. Όταν το διοξείδιο του άνθρακα διαλύεται στο νερό, σχηματίζει το ανθρακικό οξύ (H₂CO₃), αλλά οι περισσότερες ενώσεις με πολλαπλά άτομα οξυγόνου συνδεδεμένα και με απλό δεσμό σε ένα μοναδικό άτομο άνθρακα είναι ασταθείς. Μέσω αυτού του ενδιάμεσου (δηλαδή του ανθρακικού οξέος) παράγονται ανθρακικά ιόντα (CO₃²⁻), 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 συνηθισμένο οξείδιο είναι το μονοξείδιο του άνθρακα (CO). Σχηματίζεται με ατελή καύση ανθρακούχων υλικών. Είναι ένα άχρωμο και άοσμο αέριο (στις κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος). Το μόριό του περιέχει έναν τριπλό δεσμό και είναι μέτρια πολικό, με αποτέλεσμα να έχει μια τάση να σχηματίζει ένα μόνιμο δεσμό με την αιμοσφαιρίνη, εκτοπίζοντας το οξυγόνο, γεγονός που οδηγεί σε χαμηλότερη ικανότητα οξυγόνωσης του αίματος. Τα κυανιούχα ιόντα (CN⁻) έχουν παρόμοια δομή, αλλά συμπεριφέρονται πολύ όμοια με τα ιόντα των αλογόνων, και γι' αυτό ονομάζονται συχνά  «ψευδοαλογόνο». Για παράδειγμα σχηματίζει το δικυάνιο [(CN)₂], όμοια με το σχηματισμό των διατομικών μορίων των στοιχειακών αλογόνων. Μερικά άλλα, λιγότερο συνηθισμένα και (επομένως λιγότερο) γνωστά οξείδια του άνθρακα είναι το υποξείδιο του άνθρακα (C₃O₂), το ασταθές μονοξείδιο του διάνθρακα (C₂O), το τριοξείδιο του άνθρακα (CO₃), η κυκλοπεντανοπεντόνη (C₅O₅), η κυκλοεξανοεξόνη (C₆O₆) και ο μελλιτικός ανυδρίτης (C₁₂O₉).
Με δραστικά μέταλλα, όπως το βολφράμιο, ο άνθρακας σχηματίζει καρβίδια (C⁴⁻) ή ακετυλενίδια (C₂²⁻) ή και κράματα με υψηλές 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, ο άνθρακας «προτιμά» να σχηματίζει ομοιοπολικούς δεσμούς. Λίγα καρβίδια, όμως, έχουν ομοιοπολικές δομές, όπως για παράδειγμα το καρβίδιο του πυριτίου (SiC).

Ιστορία και ετυμολογία

Η αγγλική ονομασία carbon προέρχεται από τη λατινική carbo, που χρησιμοποιούνταν για το γαιάνθρακα και τον ξυλάνθρακα, από την οποία προήλθε επίσης η γαλλική charbon, που σημαίνει ξυλάνθρακας. Στα γερμανικά, στα ολλανδικά και στα δανικά οι ονομασίες για τον άνθρακα είναι kohlenstoff, koolstof και kulstof, αντιστοίχως, που όλες κυριολεκτικά σημαίνουν «ανθρακούχα ουσία».
Ο άνθρακας ανακαλύφθηκε κατά την Προϊστορία και ήταν γνωστό στις μορφές της αιθάλης και του ξυλοκάρβουνου από τους παλαιότερους ανθρώπινους πολιτισμούς. Τα διαμάντια ήταν γνωστά πιθανώς από το 2500 π.Χ. στην Κίνα, ενώ ο άνθρακας με τη μορφή του ξυλοκάρβουνου παραγόταν κατά τη Ρωμαϊκή Εποχή με την ίδια χημεία που παράγεται και σήμερα, δηλαδή με θέρμανση μιας πυραμίδας από ξύλα καλυμμένης με πηλό, για να αποκλειστεί η είσοδος αέρα.
Το 1722, ο Ρενέ Αντουάν Φερσώ ντε Ρεωμύρ (René Antoine Ferchault de Réaumur) επέδειξε τη μετατροπή του σιδήρου σε χάλυβα μέσω απορρόφησης μιας ουσίας, που τώρα είναι πια γνωστή ως άνθρακας. 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. Το 1779, ο Καρλ Βίλχελμ Σέελε (Carl Wilhelm Scheele) έδειξε ότι ο γραφίτης, που νόμιζαν τότε ότι είναι μια μορφή μολύβδου, είναι ομοούσιος με το ξυλοκάρβουνο, αλλά με μια μικρή πρόσμειξη σιδήρου, και ότι έδινε aerial acid (δηλαδή αέριο οξύ, όπως ονόμαζε τότε ο ερευνητής το διοξείδιο του άνθρακα) όταν επιδρούσε (στο γραφίτη) με νιτρικό οξύ. Το 1786, οι Γάλλοι επιστήμονες Κλοντ Λουί Μπερτολέ (Claude Louis Berthollet), Γκασπάρ Μονζ (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. 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 πρότειναν 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.
Μια ένα αλλομορφή του άνθρακα, το φουλερένιο, ανακαλύφθηκε το 1985, που περιλαμβάνει νανοδομές μορφών όπως οι μπακισφαίρες και οι νανοσωλήνες. Οι εφευρέτες τους, Ρόμπερτ Κερλ (Robert Curl), Χάρρυ Κρότο (Harold Kroto) και Ρίτσαρντ Σμώλυ (Richard Smalley), έλαβαν το Βραβείο Νόμπελ Χημείας το 1996. 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.

Εφαρμογές

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 ξυλείας, γίνεται με τη μορφή των υδρογονανθράκων, με μεγαλύτερη έμφαση στα καύσιμα που προέρχονται από το φυσικό αέριο και το αργό πετρέλαιο. Το αργό πετρέλαιο χρησιμοποιείται από την πετροχημική βιομηχανία για την παραγωγή, μεταξύ άλλων, βενζίνης και κηροζίνης, μέσω της διεργασίας της 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 διατήρηση 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 είναι εξαιρετικά ποικίλες. Μπορεί να σχηματίσει κράματα με το σίδηρο, το πιο συνηθισμένο από τα οποία είναι ο χάλυβας. Ο γραφίτης, (συχνά) μαζί με άργιλο και συνθετικά συνδετικά, χρησιμοποιείται για κατασκευή μυτών από μολύβια (κοινά και μηχανικά) για γράψιμο, σχεδίαση και ζωγραφική. Χρησιμοποιείται επίσης ως ένα λιπαντικό, ως ένα χρώμα βαψίματος, ως ένα υλικό χύτευσης για παραγωγή γυαλιού, για ηλεκτρόδια σε ξηρές μπαταρίες και σε ηλεκτροεπικάλυψη και ηλεκτροδιαμόρφωση, σε ψύκτρες για ηλεκτροκινητήρες και ως ένας επιβραδυντής νετρονίων σε πυρηνικούς αντιδραστήρες.
Το ξυλοκάρβουνο χρησιμοποιήθηκε ως ένα υλικό για σχεδίαση στη ζωγραφική, για ψήσιμο (δηλαδή στη μαγειρική), και για πολλές άλλες χρήσεις, που περιλαμβάνουν την εκκαμίνευση σιδήρου. Το ξύλο, το κάρβουνο και το πετρέλαιο χρησιμοποιήθηκαν ως καύσιμες ύλες για παραγωγή ενέργειας και για θέρμανση χώρων. Τα διαμάντια ποιότητας κοσμήματος χρησιμοποιούνται στην κοσμηματοποιία, ενώ τα βιομηχανικής ποιότητας διαμάντια χρησιμοποιούνται για διάτρηση, κοπή και λείανση εργαλείων, για επεξεργασία μετάλλων και λίθων. Τα πλαστικά γίνονται από ορυκτούς υδρογονάνθρακες και τα ανθρακονήματα γίνονται με πυρόλυση συνθετικών πολυεστερικών νημάτων και χρησιμοποιούνται για την ενίσχυση πλαστικών για την κατασκευή προχωρημένων ελαφρών σύνθετων υλικών. Ακόμη, ανθρακονήματα παράγονται και με πυρόλυση εξωθημένων και τεντωμένων νημάτων πολυακρυλονιτρίλιου (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.
Η αιθάλη χρησιμοποιήθηκε ως η μαύρη χρωστική ουσία του μελανιού της τυπογραφίας, για καλλιτεχνικό ελαιόχρωμα και για υδροχρώματα, για χαρτί αντιγραφής (καρμπόν), για φινίρισμα αυτοκινήτων, για ινδικό μελάνι και για κασέτα εκτυπωτή λέιζερ. Η αιθάλη χρησιμοποιήθηκε επίσης ως ένα υλικό πλήρωσης για λαστιχένια προϊόντα, όπως ελαστικοί τροχοί και σε πλαστικές ενώσεις. Ο ενεργός άνθρακας χρησιμοποιείται ως ένα προσροφητικό  υλικό διήθησης σε εφαρμογές τόσο διαφορετικές μεταξύ τους όπως οι αντιασφυξιογόνες μάσκες, ο καθαρισμός νερού, οι απορροφητήρες κουζίνας και στην ιατρική για την απορρόφηση τοξινών, δηλητηρίων ή και αερίων από ένα πεπτικό σύστημα. Ο άνθρακας χρησιμοποιείται για αντιδράσεις 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, πετρώματα και μέταλλα.

Διαμάντια

Η βιομηχανία διαμαντιών μπορεί γενικά να διαχωριστεί σε δυο βασικά διακριτές κατηγορίες: Η μία ασχολείται με τα διαμάντια επιπέδου κοσμηματοποιίας και η άλλη με τα διαμάντια επιπέδου βιομηχανίας. Παρόλο που υπάρχει ένα εκτεταμένο εμπόριο και για τους δυο τύπους διαμαντιών, οι δυο αγορές δρουν με δραματικά διαφορετικούς τρόπους.
Για τα διαμάντια επιπέδου κοσμηματοποιίας, αντίθετα από τα πολύτιμα μέταλλα, όπως ο χρυσός ή ο λευκόχρυσος, τα διαμάντια κοσμηματοποιίας δεν εμπορεύονται ως ένα (χρηματιστηριακό) προϊόν, γιατί υπάρχει μεν μια σημαντική προσαύξηση στην πώληση διαμαντιών, αλλά δεν υπάρχει μια πολύ ενεργή αγορά για μεταπώληση διαμαντιών.
Η αγορά για τα διαμάντια βιομηχανικού επιπέδου λειτουργεί πολύ διαφορετικά από αυτήν των διαμαντιών κοσμηματοποιίας. Τα βιομηχανικά διαμάντια αξιολογούνται κυρίως με βάση τη σκληρότητα και τη θερμική αγωγιμότητα που έχουν, αγνοώντας αντίστοιχα χαρακτηριστικά που αξιοποιούνται από την κοσμηματοποιία, όπως διαύγεια και χρώμα. Αυτή η διαφορά βοηθά να εξηγηθεί γιατί το 80% των εξορυσσόμενων διαμαντιών (και που αντιστοιχούν περίπου σε 100 εκατομμύρια καράτια ή 20 τόννους ετησίως) είναι ακατάλληλα για την κοσμηματοποιία και είναι γνωστά ως «μακριά» (bort) και προορίζονται για βιομηχανική χρήση. Επί πρόσθετα στα εξορυσσόμενα διαμάντια, υπάρχουν και τα συνθετικά, που αξιοποιούνται αποκλειστικά σε βιομηχανικές εφαρμογές, σχεδόν αμέσως μετά από την εφεύρεσή τους τη δεκαετία του 1950. Η παραγωγή συνθετικών διαμαντιών υπολογίζεται σε σχεδόν 3 δισεκατομμύρια καράτια (= 600 τόννοι) το χρόνο, όλα για βιομηχανική χρήση. Η κυρίαρχη βιομηχανική χρήση των διαμαντιών είναι για την κοπή, διάτρηση, λείανση, στίλβωση και γυάλισμα (σκληρών αντικειμένων). Οι περισσότερες από αυτές τις χρήσεις δεν απαιτούν μεγάλα διαμάντια. Στην πραγματικότητα βέβαια, και τα περισσότερα διαμάντια επιπέδου κοσμηματοποιίας θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν και για βιομηχανικές εφαρμογές, ιδιαίτερα τα μικρότερα. Τα περισσότερα βιομηχανικά διαμάντια τοποθετούνται σε τρυπάνια ή λεπίδες πριονιού ή συνθλίβονται σε μια σκόνη για χρήση σε εφαρμογές λείανσης και στίλβωσης. Ορισμένες εξειδικευμένες εφαρμογές διαμαντιών περιλαμβάνουν εργαστηριακές χρήσεις για πειράματα υψηλής πίεσης (δείτε για παράδειγμα το κελί διαμαντένιου αμονιού, diamond anvil cell), υψηλής απόδοσης έδρανα και περιορισμένη χρήση σε εξειδικευμένα παράθυρα. Με τις συνεχιζόμενες προόδους στην παραγωγή συνθετικών διαμαντιών, πιθανές μελλοντικές εφαρμογές τους είναι ως ημιαγωγών για την κατασκευή μικρολοκληρωμένων κυκλωμάτων ή ως ένας απαγωγός θερμότητας σε ηλεκτρονικά συστήματα.

Ασφάλεια

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 όξινο περιβάλλον του πεπτικού σωλήνα. Κατά συνέπεια αν και όταν εισέλθει στους ιστούς του ανθρώπινου σώματος πιθανότατα παραμένει εκεί επ 'αόριστον. Η αιθάλη ήταν πιθανότατα 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. Ωστόσο, η εισπνοή καρβουνόσκονης ή αιθάλης σε μεγάλες ποσότητες μπορεί να είναι επικίνδυνη, γιατί ερεθίζει τους ιστούς των 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. 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 ζωής 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).
Επίσης, ο άνθρακας μπορεί να καεί ζωηρά και έντονα παρουσία αέρα σε υψηλές θερμοκρασίες, όπως στην πυρκαγιά του Γουίντσκεϊλ (Windscale fire), που προκλήθηκε από την ξαφνική έκλυση αποθηκευμένης ενέργειας Γουίγκνερ (Wigner energy) σε πυρήνα γραφίτη. Μεγάλες συγκεντρώσεις άνθρακα, που έχουν παραμείνει αδρανή για εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια, απουσία οξυγόνου, μπορεί αυθόρμητα να αναφλεγούν, αν εκτεθούν στον αέρα, για παράδειγμα σε ένα σε χωματερές ανθρακωρυχείου.
Η μεγάλη ποικιλία των ανθρακούχων ενώσεων περιλαμβάνουν θανατηφόρα δηλητήρια, όπως η τετροδοτοξίνη, η λεκτίνη ρυζίνη από σπόρους της ρετσινολαδιάς, τα κυανιούχα ιόντα (CN⁻) και το μονοξείδιο του άνθρακα, αλλά και ενώσεις ζωτικές για τους ζώντες οργανισμούς, όπως η γλυκόζη και οι πρωτεΐνες.