moaminsharifi/fa-wiki-spell-checker huggingface dataset:
بر طبق نظریات فعلی اخترفیزیک، کربن در بخش‌های درونی ستارگان در زمانی که آن‌ها در مرحله شاخه افقی قرار دارند، تشکیل می‌شود. زمانی که ستارگان کلان جرم، با تولید ابرنواختر شروع به نابود شدن می‌کنند، کربن‌های تولید شده مانند غبار به درون فضا پرتاب می‌شوند. این غبار پراکنده شده، به‌عنوان مواد سازنده نسل بعدی ستارگان که اصطلاحاً ستارگان فلزینه نامیده می‌شوندستارگانی که فقط شامل هیدروژن و هلیوم نیستند و عناصر سنگین‌تر مانند کربن، نیتروژن، اکسیژن و نئون نیز در آن‌ها یافت می‌شود. و دارای سیاراتی به دور خود هستند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
خورشید واقع در منظومه شمسی یکی از ستارگان این چنینی است که با داشتن مقدار زیاد کربن، وجود حیاتی که امروزه بر روی زمین وجود دارد را ممکن ساخته‌است. چرخه سی‌ان‌او، که یک سازوکار همجوشی هیدروژن اضافی است که با کمک کربن در نقش کاتالیزور، موجب نیرو بخشیدن به ستارگان می‌شود. انتقالات چرخشی گونه‌های مختلف ایزوتوپی مولکول کربن مونوکسید (برای مثال کربن-۱۲، ۱۳ و ۱۸) توسط "اخترشناسی زیرمیلی‌متری"Submillimetre astronomyروش اخترشناسی زیرمیلی‌متری روشی است که به بررسی بسیار ظریف طیف‌های نشری به‌دست آمده از مولکول‌های موجود در فضای خارجی می‌نماید. قابل تشخیص هستند و از آن‌ها در مطالعه ستارگان تازه متولد شده و ابرهای مولکولی استفاده می‌شود.
تخمین زده می‌شود که بخش جامد زمین، متشکل از ۷۳۰ "قسمت در میلیون"Part Per Million (ppm) کربن است و این مقدار در هسته به ۲۰۰۰ و در بخش‌های گوشته و پوسته روی هم به ۱۲۰ قسمت در میلیون می‌رسد.William F McDonough The composition of the Earth in
باتوجه به این‌که جرم زمین برابر ۱۰۲۴×۵٫۹۷۲ کیلوگرم است، بنابراین مقدار کربن را می‌توان برابر با ۴۳۶۰ میلیون گیگاتن دانست. این مقدار بسیار بیش‌تر از کربن موجود در اقیانوس‌ها و جو زمین است. کربن به‌صورت کربن دی‌اکسید در جو زمین وجود دارد و مقدار مجموع آن تقریباً به ۸۳۹ گیگاتن می‌رسد. میزان کربن حل شده در مجموع‌های آب‌ها نیز تقریباً برابر با ۳۸۰۰۰ گیگاتن، تخمین زده می‌شود.
کربن موجود در زیست‌کره حدود ۵۵۰ گیگاتن است که البته به‌علت عدم دقت در تعیین میزان باکتری‌های موجود در اعماق زمین، میزان عدم قطعیت این تخمین زیاد است. هیدروکربن‌ها (مانند زغال‌سنگ، نفت خام و گاز طبیعی) نیز به‌عنوان منابع حاوی کربن محسوب می‌شوند. مقدار کربن موجود در ذخایر زغال‌سنگ برابر با ۹۰۰ گیگاتن است، درحالی‌که این مقدار برای منابع زغال‌سنگ شاید به ۱۸۰۰۰ گیگاتن هم برسد. میزان کربن ذخایر نفت خام نیز به حدود ۱۵۰ گیگاتن می‌رسد. منابع اثبات شده گاز طبیعی تقریباً برابر با ۱۰۱۲×۱۷۵ متر مکعب است (که میزان کربن آن را حدوداً برابر با ۱۰۵ گیگاتن است)، با این‌حال مطالعات تخمین می‌زند که ۱۰۱۲×۹۰۰ متر مکعب گاز دیگر در منابعی مانند گاز شیل وجود دارد که میزان کربن آن را می‌توان تا ۵۴۰ گیگاتن محاسبه کرد.
کربن همچنین به صورت آذریخ در مناطق قطبی و در زیر اقیانوس یافت می‌شود. تخمین‌های متفاوتی از میزان کربن مربوط ارائه شده‌است که مقدار آن را ۵۰۰، ۲۵۰۰ یا ۳۰۰۰ گیگاتن اعلام می‌کنند.
در گذشته، مقدار هیدروکربن‌ها بسیار بیش‌تر بوده‌است. برمبنای یک منبع، بین سالهای ۱۷۵۱ تا ۲۰۰۱، حدود ۳۴۷ گیگاتن از کربن موجود، بر اثر سوزاندن سوخت‌های فسیلی، به‌صورت کربن دی‌اکسید به درون جو زمین رها شده‌است.Calculated from file global.1751_2008.csv in from the Carbon Dioxide Information Analysis Center. منبع دیگری بیان می‌کند که از سال ۱۷۵۰ به بعد، میزان کربن رها شده به‌درون جو زمین برابر با ۸۷۹ گیگاتن و مجموع کربن رها شده به‌درون جو، اقیانوس‌ها و خشکی (مانند خاک باتلاقی) برابر با ۲۰۰۰ گیگاتن بوده‌است.
کربن یکی از اجزای اصلی سنگ‌های کربناتی (مانند سنگ آهک، دولومیت، مرمر) است به‌طوری که به‌لحاظ جرمی، در مجموع سهمی ۱۲ درصدی دارد. زغال‌سنگ دارای مقدار بسیار بالایی کربن است (به‌عنوان مثال آنتراسیت دارای ۹۲ تا ۹۸ درصد کربن است) و زغال‌سنگ، با داشتن ۴۰۰۰ گیگاتن کربن و سهمی ۸۰ درصدی از سوخت‌های فسیلی، بزرگ‌ترین منبع تجاری کربن معدنی است.
مطابق آمار اعلام شده در سال ۲۰۱۹، کشورهای ترکیه، چین، برزیل، موزامبیک، تانزانیا، هند، ویتنام، مکزیک، کره شمالی و ماداگاسکار، به‌ترتیب، ۱۰ کشور دارای بیش‌ترین میزان ذخیره طبیعی گرافیت در سراسر دنیا هستند. همچنین، کشورهای چین، برزیل، ماداگاسکار، کانادا، هند، روسیه، اوکراین، نروژ، پاکستان و مکزیک ۱۰ کشور دارای بیش‌ترین میزان تولید گرافیت در سراسر دنیا هستند.
مطابق آمار اعلام شده در سال ۲۰۱۹، کشورهای روسیه، کنگو، بوتسوانا، آفریقای جنوبی، استرالیا به‌ترتیب، پنج کشور دارای بیش‌ترین میزان ذخیره طبیعی الماس در سراسر دنیا هستند. همچنین، کشورهای روسیه، استرالیا، کنگو، بوتسوانا، زیمبابوه، آفریقای جنوبی، شش کشور دارای بیش‌ترین میزان تولید الماس در سراسر دنیا هستند. اگرچه الماس به‌طور طبیعی نیز یافت می‌شود، با این‌حال حدود ۳۰ درصد تمام الماس‌های مورد استفاده در صنعت در ایالات متحده آمریکا، به‌صورت مصنوعی ساخته می‌شوند.
کربن چربی‌ها و کربوهیدرات‌های غذای ما را تشکیل می‌دهد و بخشی از مولکول‌ها، مانند DNA و پروتئین، که بدن ما را تشکیل می‌دهد است. کربن، به شکل کربن دی‌اکسید، حتی بخشی از هوای تنفسی ماست. همچنین در مکان‌هایی مانند اقیانوس، سنگ‌ها، سوخت‌های فسیلی و گیاهان ذخیره می‌شود. هر فرایندی که از سوخت‌های فسیلی استفاده می‌کند مانند سوزاندن زغال‌سنگ برای تولید الکتریسیته، کربن زیادی را در جو آزاد می‌کند. پرورش گاو برای تولید گوشت همچنین مقدار زیادی کربن به شکل متان در جو آزاد می‌کند. اینگونه فرایندها که کربن را در جو آزاد می‌کنند از جمله منابع تولید کربن شناخته می‌شوند.
انباشتگاه‌های کربن، مخازن ذخیره‌کننده کربن هستند. جنگل‌ها معمولاً انباشتگاه کربن هستند، مکان‌هایی که کربن بیشتری نسبت به آزاد شدن جذب می‌کنند. آنها به‌طور مداوم از طریق فرایند فتوسنتز، کربن را از جو خارج می‌کنند. اقیانوس‌ها نمونه دیگری از انباشتگاه کربن است که مقدار زیادی کربن دی‌اکسید را از جو جذب می‌کند.
در جنگل‌های اصلی کانادا تا ۸۰٪ کل کربن به عنوان ماده آلی مرده در خاک ذخیره می‌شود.
مطالعه ۴۰ ساله دانشگاه لیدز در مورد جنگل‌های گرمسیری آفریقا، آسیا و آمریکای جنوبی نشان داد که جنگل‌های گرمسیری حدود ۱۸ درصد کل کربن دی‌اکسید اضافه شده توسط سوخت‌های فسیلی را جذب می‌کنند. طبق مطالعه ای که در سال ۲۰۲۰ در ژورنال نیچر منتشر شد، طی سه دهه گذشته میزان کربن جذب شده توسط جنگل‌های گرمسیر دست نخورده جهان کاهش یافته‌است. کل ذخایر کربن در جنگل‌ها از ۶۶۸ گیگاتن در سال ۱۹۹۰ به ۶۶۲ گیگاتون در سال ۲۰۲۰ کاهش یافته‌است. در سال ۲۰۱۹، جنگل‌ها به دلیل افزایش دما، خشکسالی و جنگل‌زدایی، یک سوم کربن کمتری نسبت به دهه ۱۹۹۰ مصرف کردند. طبق پیش‌بینی‌ها جنگل‌های گرمسیری معمولی ممکن است در دهه ۲۰۶۰ به منبع کربن تبدیل شود. بر اساس مطالعات فائو و برنامه محیط زیست سازمان ملل متحد، تخمین زده شده‌است که جنگل‌های آسیا سالانه حدود ۵ تن کربن دی‌اکسید جذب می‌کنند.
در شرایط متداول بر روی زمین، تبدیل یک عنصر به دیگری، رخدادی بسیار نادر است؛ بنابراین مقدار کربن موجود بر روی زمین به میزان تقریباً کاملی، ثابت است. از همین‌رو، فرایندهایی که طی آن‌ها کربن مصرف می‌شود، بایستی کربن مورد نیاز خود را از یک محل تهیه و کربن پسماند را در محلی دیگر دفع کنند. مسیرهای کربنی موجود در محیط زیست، تشکیل دهنده چرخه کربن هستند. برای مثال گیاهانی که فتوسنتز می‌کنند، کربن دی‌اکسید مورد نیاز خود را از هوا یا آب دریا دریافت می‌کنند و سپس آن را به زیست‌توده تبدیل می‌کنند، همانند چرخه کالوین که طی آن کربن تثبیت می‌شود. برخی از این زیست‌توده تولید شده، توسط حیوانات خورده می‌شود و مقداری دیگر از آن به‌صورت کربن دی‌اکسید توسط حیوانات تنفس می‌کند. چرخه کربن در عمل، فرایندی پیچیده‌تر از توصیفی است که در این‌جا به آن اشاره شد. به‌عنوان مثال، مقداری از کربن دی‌اکسیدی که در آب اقیانوس‌ها حل می‌شود و گیاهان مرده یا مواد جانوری چنانچه توسط باکتری‌ها مصرف نشوند، ممکن است به نفت یا زغال‌سنگ تبدیل شوند که می‌توانند در زمان سوزانده شدن، موجب آزادسازی کربن دی‌اکسید شوند.
کربن یک جز اصلی از تمام حیات شناخته شده روی زمین است که تقریباً ۴۵–۵۰٪ از کل زیست‌توده خشک را نشان می‌دهد.
مولکول‌های بیولوژیکی پیچیده تقریباً همیشه از اتم‌های کربن متصل به عناصر دیگر، به ویژه اکسیژن و هیدروژن و غالباً ازت، فسفر و گوگرد تشکیل می‌شوند. از آنجا که این ماده سبک است و اندازه آن نسبتاً کوچک است، دستکاری آنزیم‌ها برای مولکول‌های کربن آسان است. منتقدان از این فرض به عنوان شوونیسم کربن یاد می‌کنند.
پروتئینها، که ساختار موجودات زنده از آنها ساخته می‌شود تقریباً شامل تمام آنزیم‌هایی هستند که واکنش‌های شیمیایی آلی را کاتالیز می‌کنند، نوکلئیک اسیدها، که اطلاعات ژنتیکی را حمل می‌کنند، کربوهیدراتها، که انرژی را به شکلی ذخیره می‌کند که می‌تواند توسط سلول‌های زنده استفاده شود، لیپیدها، که انرژی را برای مدت طولانی در بدن حیوانات ذخیره می‌کنند مشهورترین درشت مولکول‌های بیولوژیکی مورد استفاده در فرایندهای اساسی موجودات زنده هستند. کربن بیش از هر عنصر دیگر توانایی تشکیل ترکیبات گوناگون را دارد، تقریباً ده میلیون ترکیب تا به امروز شرح داده شده‌است"There are close to ten million known carbon compounds, many thousands of which are vital to organic and life processes." و با این حال این تعداد تنها کسری از تعداد ترکیبات نظری ممکن در شرایط استاندارد است. به همین دلیل، اغلب از کربن به عنوان «پادشاه عناصر» یاد می‌شود. در یک مطالعه سال ۲۰۱۸، مشخص شد که کربن تقریباً ۵۵۰ میلیارد تن از کل حیات کره زمین را تشکیل می‌دهد.
حدود ۹۹٪ جرم بدن انسان از ۶ عنصر اکسیژن، کربن، هیدروژن، نیتروژن، کلسیم و فسفر تشکیل شده‌است. بدن انسان بالغ با وزن به‌طور متوسط ۷۰ کیلوگرم تقریباً شامل ۱۰۲۷ × ۷ اتم است و حداقل حاوی آثار قابل شناسایی ۶۰ عنصر شیمیایی است. مقادیر نسبی هر یک از عناصر به تفکیک متفاوت است که علت اصلی آن تفاوت در نسبت چربی، عضله و استخوان در بدن آنها است. افرادی که چربی بیشتری دارند، نسبت کربن بیشتری دارند. کربن بعد از اکسیژن دومین عنصر فراوان در بدن انسان حدود ۱۸٫۵ درصد، از نظر جرم است.
ذخایر طبیعی و به‌صورت تجاری در دسترس گرافیت در بخش‌های مختلفی از دنیا وجود دارند با این‌حال مهم‌ترین منابع تجاری گرافیت در مناطقی مانند چین، هند، برزیل و کره شمالی قرار دارد. ذخایر گرافیت حاصل از سنگ‌های دگرگونی هستند و همراه کوارتز، میکا، و فلدسپات در سنگ‌های دگرگونی شیست، گنیس و ماسه‌سنگ دگرگون‌شده یا به‌صورت توده‌ای یا لایه‌ای همراه با سنگ آهک، گاهی با ضخامتی بیش از چند متر یافت می‌شود. ذخایر گرافیت در "بارودیل"Borrowdale در شهر کامبرلند انگلستان به‌اندازه‌ای خالص و مناسب بودند که تا سده ۱۹ میلادی گرافیت مورد نیاز برای ساخت مداد، صرفاً با تراشیدن قطعات بزرگ و طبیعی گرافیت به‌صورت رشته‌های باریک تهیه شده‌است. امروزه، مقادیر کمتر گرافیت به‌وسیله خرد کردن سنگ‌های اصلی حاوی گرافیت و شناور کردن گرافیت سبک بر روی آب تهیه می‌شود.
گرافیت طبیعی به سه صورت وجود دارد: بی‌شکل، پوسته‌ایFlake یا پوسته‌ای بلوری و ورقه‌ای یا توده‌ای.Vein or lump گرافیت بی‌شکل دارای کمترین کیفیت در بین انواع گرافیت طبیعی است و میزان فراوانی آن نیز از دو نوع دیگر بیشتر است. برخلاف محیط آکادمیک، که بی‌شکلی به معنای فقدان ساختار بلوری است، در صنعت بی‌شکلی یا آمورف بودن به ساختار دارای بلورهای بسیار کوچک اشاره دارد. گرافیت بی‌شکل برای تولید محصولات کم ارزش‌تر گرافیتی مصرف می‌شود و به‌همین دلیل این محصولات در مقایسه با سایر محصولات گرافیتی دارای کمترین قیمت هستند. مقادیر وسیعی از گرافیت بی‌شکل در چین، اروپا و ایالات متحده آمریکا یافت می‌شود. گرافیت پوسته‌ای از فروانی کم‌تری برخوردار است و همچنین از کیفیت بالاتری نسبت به گرافیت بی‌شکل برخورد است. این نوع گرافیت به صورت صفحات مجزا به صورت سنگ‌های دگرگون شده متبلور می‌شود. میزان ارزش گرافیت پوسته‌ای می‌تواند تا ۴ برابر ارزش گرافیت بی‌شکل باشد. کیفیت بهتر این نوع گرافیت موجب می‌شود که بتوان آن را با انجام پردازش مناسب برای کاربردهای متعددی مانند پیشگیرنده شعله استفاده کرد. بیش‌ترین ذخایر گرافیت پوسته‌ای در استرالیا، کانادا، برزیل، چین، آلمان و ماداگاسکار واقع شده‌است. گرافیت ورقه‌ای یا توده‌ای کم‌یاب‌ترین، باارزش‌ترین و در عین باکیفیت‌ترین نیز نوع گرافیت طبیعی محسوب می‌شود. تنها معدن تجاری متعلق به این نوع گرافیت، در سریلانکا قرار دارد.
بر اساس سازمان زمین‌شناسی آمریکا، تولید جهانی گرافیت طبیعی در سال ۲۰۱۰ برابر با ۱٫۱ میلیون تن بوده‌است. از این میان سهم چین ۸۰۰٬۰۰۰ تن، هند: ۱۳۰٬۰۰۰ تن، برزیل۷۶٬۰۰۰، کره شمالی ۳۰٬۰۰۰ و کانادا ۲۵٬۰۰۰ تن بوده‌است. تاکنون هیچ نوع معدن گرافیت طبیعی در ایالات متحده آمریکا گزارش نشده‌است، اما حدود۱۱۸٬۰۰۰ تن گرافیت مصنوعی به ارزش ۹۹۸ میلیون دلار در سال ۲۰۰۹ در این کشور تولید شده‌است.
تنها کسر کوچکی از سنگ معدن الماس حاوی الماس واقعی است. سنگ‌های معدن پس از جمع‌آوری، طوری خرد می‌شوند که آسیبی به الماس موجود در آن‌ها وارد نشود و در ادامه ذرات به‌دست آمده بر اساس میزان چگالی دسته‌بندی می‌شوند. امروزه، پس از این که بررسی اولیه با دست انجام شد، عملیات تعیین میزان چگالی الماس به‌صورت دقیق و با کمک طیف‌سنجی فلورسانس پرتو ایکس انجام می‌شود. در گذشته و قبل از این‌که استفاده از پرتو ایکس رایج شود، جداسازی به عهده نقاله‌های آغشته به گریس بوده‌است. چون الماس تمایل زیادتری به چسبیدن به گریس در مقایسه با سایر کانی‌های موجود در سنگ معدن دارد، در نتیجه امکان جداسازی مناسب آن به این صورت وجود داشته‌است.
در گذشته، الماس‌ها تنها در ته‌نشست‌های رسوبی در جنوب هندوستان یافت می‌شدند. discussion on alluvial diamonds in India and elsewhere as well as earliest finds هند از حدود قرن نهم پیش از میلاد تا سده ۱۸ پس از میلاد، مهم‌ترین مکان تولید الماس در سرتاسر کره زمین بود، اما پتانسیل تجاری این منابع به‌مرور و تا پایان سده ۱۸ از بین رفت. Ball was a Geologist in British service. Chapter I, Page 1 زمانی که این اتفاق رخ داد، هند از لحاظ تولید الماس، تقریباً در سایه برزیل قرار گرفته بود که در آن‌جا، به‌عنوان اولین مکان خارج از هندوستان در سال ۱۷۲۵ الماس کشف شده بود.
تولید الماس از منابع اولیه (مانند کیمبرلیت و لمپرویتLamproite) تا دهه ۱۸۷۰ میلادی آغاز نشده بود و این اتفاق بعد از کشف الماس در آفریقای جنوبی رخ داد. تولید به مرور افزایش یافت و امروز مجموع الماس استخراج شده از آن زمان تا به امروز، به بیش از ۴٫۵ میلیارد قیراط رسیده‌است. حدود ۲۰ درصد الماس استخراج شده تنها در پنج سال اخیر انجام شده‌است و در طول ده سال اخیر نه معدن جدید شروع به تولید کرده‌اند، در حالی‌که چهار معدن دیگر منتظر شروع کار هستند. اغلب این معادن در کانادا، زیمبابوه، آنگولا و یک مورد در روسیه هستند.
در ایالات متحده آمریکا، الماس‌ها در ایالت‌هایی مانند آرکانزاس، کلرادو و مونتانا یافت شده‌اند. در سال ۲۰۰۴، کشفی خیره کننده از الماس‌های میکروسکوپی اتفاق افتاد که در نتیجه تا سال ۲۰۰۸، مقادیر زیادی از نمونه‌های کیمبرلیت در مناطق دور افتاده مونتانا استخراج شدند.
امروزه، اغلب ذخایر دارای قابلیت برداشت به‌صورت تجاری، در روسیه، استرالیا و جمهوری دموکراتیک کنگو قرار گرفته‌اند. براساس گزارش بررسی زمین‌شناسی بریتانیاBritish Geological Survey در سال ۲۰۰۵، روسیه تقریباً یک پنجم الماس تهیه شده در سراسر دنیا را تولید کرده‌است. استرالیا دارای غنی‌ترین سنگ‌های معدنی حاوی الماس است و مطابق آمار، بیشینه تولید این کشور ۴۲ تن متریک در هر سال در دهه ۱۹۹۰ میلادی بوده‌است. علاوه‌بر این موارد، تعدادی ذخایر فعال در مناطق شمالی کانادا، سیبری (بیشتر در منطقه یاقوتستان مانند معدن میر و گودال اوداچنایا)، برزیل و شمال و غرب استرالیا نیز وجود دارند.
الیاف کربن یا الیاف گرافیت، الیافی با حدود ۵–۱۰ میکرومتر قطر هستند و بیشتر از اتم‌های کربن تشکیل شده‌اند. الیاف کربن دارای چندین مزیت از جمله سفتی بالا، مقاومت کششی نهایی بالا، وزن کم، مقاومت شیمیایی بالا، تحمل دما بالا و انبساط حرارتی کم هستند. این خاصیت‌ها باعث شده‌است که فیبر کربن در برنامه‌های هوافضا، مهندسی عمران، نظامی و موتورسواری، به همراه سایر ورزش‌های رقابتی، بسیار محبوب شود. با این حال، آنها در مقایسه با الیاف مشابه، مانند الیاف شیشه‌ای یا الیاف پلاستیکی، نسبتاً گران هستند. در سال ۱۸۶۰، جوزف سوان برای نخستین بار الیاف کربن را برای استفاده در لامپ‌ها تولید کرد. در سال ۱۸۷۹، توماس ادیسون نخ‌های بامبو را در دماهای بالا حرارت داد و آنها را به یک رشته فیبر کربنی تبدیل کرد که در یکی از اولین لامپ‌های رشته‌ای قابل استفاده به‌کار رفتند و می‌توانستند براثر الکتریسیته گرم شده و تولید نور نمایند. در سال ۱۸۸۰، لوئیس لاتیمر یک رشته سیم کربن را برای لامپ رشته‌ای تولید کرد که با برق گرم می‌شد.
گرافین یا گرافن از دگرشکلهای کربن است. این ماده تشکیل‌شده از یک دستگاه بلوری شش‌گوشه دوبعدی است. که در آن هر اتم کربن به کمک سه الکترون ظرفیت خود، با سه پیوند دارای هیبریداسیون sp۲، به سه اتم کربن دیگر متصل شده‌است که این ساختار، ساختار اساسی تشکیل دهنده سایر دگرشکل‌ها از جمله گرافیت، زغال‌سنگ، نانولوله کربنی و فولرنها است. همچنین می‌تواند به‌عنوان یک مولکول با خصلت آروماتیکی برای خانواده هیدروکربن‌های آروماتیک چند حلقه‌ای مسطح در نظر گرفته شود. گرافن داری مجموعه ویژگی‌هایی است که آن را از سایر دگرشکل‌های کربن جدا می‌کند.
در ضخامت برابر، تقریباً ۱۰۰ برابر قوی‌تر از فولاد است. با این وجود چگالی آن به‌طور چشم‌گیری از فولاد پایین‌تر است و جرم سطحی آن ۰٫۷۶۳ میلی‌گرم در هر متر مربع است. هدایت گرما و الکتریسیته را بسیار کارآمد انجام می‌دهد و تقریباً شفاف است. گرافن همچنین یک دیامغناطیس است. محققان اثر ترانزیستور پیوندی دوقطبی، جریان پرتابیک و نوسانات کوانتومی زیادی را در مواد آن شناسایی کرده‌اند.
در ابتدا در سال ۱۹۶۲ در میکروسکوپ‌های الکترونی مشاهده شد، اما تنها در سطح فلز پشتیبانی می‌شد. سپس توسط آندره گایم فیزیک‌دان هلندی و کنستانتین نووسلف دانشمند روسی در سال ۲۰۰۴ در دانشگاه منچستر کشف شد که به خاطر این کشف جایزه نوبل فیزیک به آنها اهدا شد. جداسازی گرافن با کیفیت بالا به طرز شگفت‌آوری آسان است که این موضوع سبب می‌شود انجام تحقیقات بیشتر آسان گردد.
نانولوله‌های کربنی (CNTs) لوله‌هایی هستند که از کربن ساخته شده و قطرهایی در حد نانومتر دارند.
نانولوله‌های کربنی به‌طور مستقل توسط دو گروه تحقیقاتی سومیو ایجیما و تویشناری ایچیهاشیToshinari Ichihashi از ژاپن و دونالد بتهونهDonald S. Bethune از آمریکا کشف شدند. نانولوله‌های کربنی تک جداره یکی از دگرشکل‌های کربن و واسطه‌ای بین فولرن و گرافن‌های مسطح است. می‌توان نانولوله‌های کربنی تک جداره را به‌عنوان برش‌هایی از یک شبکه شش‌ضلعی اتم‌های کربنی که در امتداد یکی از بردارهای شبکه براوه قرار گرفته‌اند تصور کرد تا یک استوانه توخالی شکل بگیرد.
نانو لوله‌های کربنی، ساختارهای حلقوی تو خالی و متشکل از اتم‌های کربن هستند که می‌توانند به شکل تک یا چند جداره آرایش یابند و دارای خواص فلزی و شبه رسانایی نیز هستند. نانولوله‌های کربنی می‌توانند هدایت الکتریکی قابل توجهی داشته باشند. همچنین دارای کشش سطحی فوق‌العاده و هدایت حرارتی هستند. به دلیل نانوساختار بودن و استحکام پیوندهای بین اتم‌های کربن. علاوه بر این، آنها می‌توانند از نظر شیمیایی اصلاح شوند. این خواص در بسیاری از زمینه‌های فناوری، از جمله الکترونیک، نورشناسی، مواد کامپوزیت، نانوفناوری می‌تواند کاربردی باشد.
فولرن که مولکول آن از اتم‌های کربن متصل شده توسط پیوندهای منفرد و دوتایی تشکیل شده‌است به طوری که می‌تواند شبکه توری مانند بسته یا نیمه بسته با حلقه‌های پنج تا هفت اتم را تشکیل دهد. این مولکول ممکن است یک کره توخالی، بیضی، استوانه یا بسیاری از اشکال و اندازه‌های دیگر باشد. پس از سنتز تصادفی آنها در سال ۱۹۸۵ در طبیعت و فضای بیرونی کشف شدند.
کشف فولرن‌ها باعث افزایش تعداد آلوتروپ‌های کربن شناخته شده شد که قبلاً محدود به گرافیت، الماس و کربن آمورف مانند دوده و زغال بود. فولرن‌ها به‌دلیل خواص شیمیایی و کاربردهای جدیدشان، خصوصاً در علم مواد، الکترونیک و نانوفناوری، مورد توجه تحقیقات جدی بوده‌اند.
فولرن باکمینستر یا "توپ باکی"Buckyball یک مولکول کروی با فرمول C است. این ماده اولین بار در سال ۱۹۸۵ توسط هارولد کروتو، جیمز هلت، شاون اٌبرین، رابرت کارل و ریچارد اسمالی در دانشگاه رایس تگزاس تهیه شد. کروتو، کارل و اسمالی در سال ۱۹۹۶ برای کشف فولرن باکمینستر و دسته‌بندی اطلاعات دربارهٔ آن جایزه نوبل شیمی را دریافت کردند.
این ترکیب پایدار است.
و در دمای بالا و فشارهای بالا مقاومت می‌کند. سطح مولکول ضمن حفظ هندسه کروی می‌تواند با گونه‌های دیگر واکنش نشان دهد.
دوده توده‌ای از ذرات کربن ناخالص است که در نتیجه سوختن ناقص هیدروکربن‌ها حاصل می‌شود. به‌طور مناسب‌تر به محصول فرایند سوختن در فاز گاز محدود می‌شود، اما معمولاً شامل ذرات باقیمانده سوخت پیرولیز شده مانند زغال‌سنگ، سانوسفرها، چوب سوخته شده و کک نفتی می‌شود که ممکن است در اثر تجزیه در هوا منتقل شوند.
دوده به عنوان یک آلاینده موجود در هوا در محیط دارای منابع مختلفی است که همگی از نتایج نوعی تجزیه در اثر حرارت هستند. این منابع شامل دوده ناشی از سوختن زغال‌سنگ، موتورهای درون‌سوز، دیگ‌های نیروگاه، سوخت دیگ‌های بخار، دیگ‌های بخار کشتی، سوزاندن زباله، آتش‌سوزی جنگل‌ها، شومینه‌ها و کوره‌ها می‌شود. از دیگر منابع آن می‌توان به سیگار کشیدن، پخت‌وپز، چراغ‌های روغنی، شمع‌ها، و انتشار گازهای خروجی از وسایل نقلیه اشاره کرد.
دوده در غلظت‌های بسیار کم قادر است سطوح را تیره کند یا باعث ایجاد رنگ سیاه در مجموعه‌های ذرات، مانند سیستم‌های تهویه شود. دوده علت اصلی «مه‌دود» است. تشکیل دوده به شدت به ترکیب سوخت بستگی دارد. به ترتیب نفتالین‌ها، بنزن‌ها، آلیفاتیک‌ها بیشترین تمایل را به ایجاد دوده دارند.
دوده در سال‌های گذشته به دلیل نگرانی در مورد بهداشت و محیط زیست بیشتر مورد توجه قرار گرفته‌است. تشکیل دوده یک فرایند پیچیده‌است که شامل سینتیک شیمیایی، در دمای بالا، صدها مولکول و رادیکال‌های آنها، واکنش‌های ناهمگن روی سطح ذرات و دینامیک ذرات است.
آلودگی ناشی از سوختن گازوئیل به شکل دوده بیش از یک چهارم کل آلودگی خطرناک هوا را تشکیل می‌دهد. این ذرات معلق به دلیل تأثیر مستقیم و گسترده آن بر اندام‌های تنفسی، تهدیدکننده جدی سلامت انسان هستند و قرار گرفتن طولانی مدت در معرض آلودگی هوای شهری حاوی دوده، خطر بیماری سرخرگ‌های کرونری را افزایش می‌دهد.
زغال باقی مانده‌ای از کربن سیاه سبک است که به وسیله حرارت دادن زیاد چوب یا سایر مواد حیوانی و گیاهی تولید می‌شود. به طوری که تمام آب و سایر مواد سازنده فرار در این فرایند از بین می‌رود. این فرایند هنگام سوزاندن چوب در شومینه یا اجاق چوبی نیز اتفاق می‌افتد. شعله قابل مشاهده در آن حالت در واقع به دلیل سوختن مواد فرار ناشی از تبدیل چوب به زغال است. زغال انواع مختلفی دارد و افزون بر نمونهٔ رایج آن می‌توان به کربن فعال، خشته و زغال قندی اشاره کرد. زغال قند از کربنی شدن شکر به‌دست می‌آید. با افزودن اسید به آن برای از بین بردن مواد معدنی خالص می‌شود و سپس برای مدت طولانی در جریان کلر می‌سوزد تا آخرین آثار هیدروژن در آن از بین برود. آنری مواسان در تلاش اولیه خود برای ساخت الماس مصنوعی از آن استفاده کرد.
انواع خاصی از زغال، مانند زغال چوب، برای کاهش اکسیدهای فلزی گرم شده به فلزات مربوط استفاده می‌شود:
از زغال چوب همچنین می‌توان برای کاهش بخار فوق‌العاده گرم به هیدروژن همراه با تشکیل مونوکسید کربن استفاده کرد:
واکنش انجام شده طی واکنش کربن با اکسید فلزی مانند آهن اکسید، یک واکنش گرماده است و از آن در تولید آهن در صنعت فولاد به‌منظور ذوب کردن آهن و کنترل میزان کربن موجود در فولاد استفاده می‌شود.
FeO + ۴C(s) → ۳Fe(s) + 4CO(g)
کربن مونوکسید می‌تواند با استفاده از مقدار بیش‌تری آهن، مورد استفاده قرار بگیرد.
FeO + ۴CO(g) → ۳Fe(s) + 4CO(g)
استفاده از گوگرد، موجب تولید کربن دی‌سولفید و استفاده از بخار آب، موجب تولید کربن مونوکسید می‌شود:
C(s) + HO(g) → CO(g) + H(g)
کربن در دماهای بالا قابلیت واکنش با برخی از فلزات و تولید کاربید فلزی را دارد. به‌عنوان مثال تولید آهن کاربید در فرایند تولید فولاد و تنگستن کاربید که از آن به‌عنوان یک ساینده در ساخت نوک سخت ابزارهای برش است، استفاده می‌شود. زغال به‌عنوان یک ماده ترسیم در کارهای هنری، پخت‌وپز، ذوب فلزات و کاربردهای دیگر و از چوب، زغال‌سنگ و نفت به‌عنوان سوخت برای تولید انرژی و گرمایش استفاده می‌شوند. از الماس با کیفیت در سنگ‌های قیمتی و جواهرات و از و الماسهای صنعتی در ابزارهای حفاری، برش و پولیش برای ماشین‌کاری فلزات و سنگ استفاده می‌شوند. همچنین از الیاف کربن یا پلیمر تقویت شده با الیاف کربن که از پیرولیز الیاف پلی‌استر مصنوعی ساخته شده‌است برای تقویت پلاستیک‌ها برای تشکیل مواد کامپوزیتی سبک و پیشرفته، استفاده می‌شود. از کربن سیاه به‌عنوان رنگ‌دانه سیاه در چاپ جوهر، رنگ روغن و رنگ‌های آبی، کاغذ کاربون، اتمام رنگ خودرو، مرکب هندی و گرد جوهر چاپگر لیزری همچنین به‌عنوان افزودنی‌های پلیمری در محصولات مانند لاستیک و در ترکیبات پلاستیکی استفاده می‌شود.
چنانچه تولید تجاری گرافن قابل دسترس شود، گرافن می‌تواند در تولید اهداف گوناگونی مورد استفاده قرار بگیرید که آسانسور فضایی و ذخیره ایمن هیدروژن در ماشین‌های مبتنی بر موتور هیدروژنی از جمله آنها هستند. زغال فعال به‌عنوان یک جاذب و جذب کننده سطحی در مواد فیلتردار در کاربردهایی مانند ماسک‌های گازی، خالص‌سازی آب و هود آشپزخانه و در پزشکی برای جذب زهرابه، سموم یا گازهای دستگاه گوارش استفاده می‌شود. کربن در کاهش شیمیایی در دماهای بالا استفاده می‌شود. از کُک برای کاهش سنگ آهن استفاده می‌شود. سختکاری پوسته فولاد با گرم کردن اجزای فولادی در پودر کربن حاصل می‌شود. کاربیدهای سیلیسیوم، تنگستن، بور و تیتانیوم از سخت‌ترین مواد شناخته شده هستند و به‌عنوان ساینده در ابزار برش و سنگ‌زنی استفاده می‌شوند.
ترکیبات کربن بیشتر مواد مورد استفاده شده در در لباس مانند پارچههای طبیعی و مصنوعی و چرم را تشکیل می‌دهد و تقریباً تمام سطوح داخلی ساختمان به غیر از شیشه، سنگ و فلز از محصولات کربن هستند. کربن عنصر لازم برای همه سیستم‌های زنده شناخته شده‌است، و بدون آن زندگی نمی‌تواند وجود داشته باشد. عمده استفاده اقتصادی از کربن به غیر از مواد غذایی و چوب به شکل هیدروکربن است که مهم‌ترین آنها گاز متان سوخت فسیلی و نفت خام است. نفت خام توسط صنایع پتروشیمی در پالایشگاه‌ها تقطیر می‌شود تا بنزین، نفت سفید، گازوئیل، نفت کوره، قیر و دیگر فراورده‌های نفتی تولید کند. سلولز نوعی پلیمر طبیعی حاوی کربن است که توسط گیاهان به شکل چوب، پنبه، کتان و کنف تولید می‌شود. سلولز در درجه اول برای حفظ ساختار گیاهان استفاده می‌شود و ساختار اولیه دیواره سلول گیاهان را تشکیل می‌دهد.
کاربرد کربن و ترکیبات آن بسیار متنوع است. کربن می‌تواند به همراه آهن تشکیل آلیاژهایی دهد که رایج‌ترین آنها فولاد کربنی است. از ترکیب گرافیت با رس برای ساخت انواع مداد جهت نوشتن و ترسیم استفاده می‌شود. مداد گرافیت از نظر نرمی و سختی بسته به ناخالصی و رس درجه‌بندی گسترده‌ای دارد. مغرهای مدادی که در مداد به کار می‌روند، بسته به میزان خاک رسی که با آن‌ها ترکیب می‌شود، دارای سختی متفاوتی هستند. همچنین به‌عنوان روان‌کننده و رنگدانه به‌عنوان ماده قالب‌گیری در تولید شیشه استفاده می‌شود. در الکترود برای باتریهای خشک و در آبکاری و شکل‌دهی الکتریکی نیز کاربرد دارد. در جاروبک برای موتورهای الکتریکی و به‌عنوان یک آرام‌کننده نوترون در رآکتورهای هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.
فیبر کربن با استفاده از یک پلیمر پیش ساز مانند پلی‌اکریلونیترول،Polyacrylonitrile که از نفت تولید می‌شود و سایر مواد آلی ساخته می‌شود. برای پلیمرهای مصنوعی مانند پلی‌اکریلونیترول یا ابریشم مصنوعی، پیش ماده ابتدا به نخ‌های رشته‌ای تبدیل می‌شود، با استفاده از فرایندهای شیمیایی و مکانیکی، ابتدا زنجیره‌های پلیمری را به ترتیب برای بالا بردن خواص فیزیکی نهایی فیبر کربن تکمیل می‌کند. ساختار کریستالوگرافی و خصوصیات مکانیکی فیبر به نوع ماده شروع و پردازش بعدی بستگی دارد. الیاف کربن ساخته شده از پلی‌اکریلونیترول دارای ساختاری شبیه به رشته‌های باریک گرافیت هستند. در نتیجه تجزیه گرمایی الیافی با استحکام کششی ویژه بالاتر از فولاد به‌دست می‌آید.
پلیمرهای کربن با ارزش تجاری با منشأ حیوانی شامل پشم، ترمه و ابریشم است. پلاستیکها از پلیمرهای کربن مصنوعی ساخته می‌شوند از فرایند پلیمریزاسیون به‌دست می‌آیند که غالباً با اتم‌های اکسیژن و نیتروژن در فواصل منظم در زنجیره پلیمر اصلی قرار می‌گیرند همچنین مواد اولیه بسیاری از مواد مصنوعی از نفت خام تهیه می‌شود.
صنعت الماس در دو دسته متفاوت قرار می‌گیرد. دسته اول شامل الماس‌های با کیفیت می‌شود که برای استفاده در گوهرسنگ و جواهرات است و دسته دوم در مصارف صنعتی کاربرد دارد. در حالی‌که تجارت بزرگی برای هر دو نوع الماس وجود دارد، با این‌حال بازارهای مربوط به این دو نوع الماس، به‌صورت کاملاً متفاوتی عمل می‌کنند. الماس‌های مورد استفاده در جواهرات و زیور آلات، برخلاف فلزات گرانبهایی مانند طلا یا پلاتین همانند یک کالای اقتصادی مبادله نمی‌شوند. قیمت این نوع الماس‌ها به‌صورت قابل توجهی بالا است و در نتیجه بازار فعالی برای فروش مجدد این نوع الماس‌ها وجود ندارد.
الماس‌های صنعتی بیشتر به دلیل سختی و رسانش گرمایی، از ارزش بالایی برخوردار هستند و ویژگی‌های زمین‌شناسی مانند شفافیت و رنگ الماس، ملاکی برای ارزش صنعتی آن نیست. حدود ۸۰٪ الماس‌های استخراج شده (برابر با ۱۰۰ میلیون قیراط یا ۲۰ تن در سال) که با نام "بورت"Bortاصطلاحی در صنعت تجارت الماس است که به قطعات ریز و خرده الماس غیرزینتی اشاره دارد. شناخته می‌شوند، به‌عنوان سنگ‌های قیمتی مناسب نیستند و از آن‌ها برای مصارف صنعتی استفاده می‌شود. الماس مصنوعی، که در دهه ۱۹۵۰ اختراع شد، بلافاصله کاربردهای صنعتی پیدا کرد. سالانه ۳ میلیارد قیراط (۶۰۰ تن) الماس مصنوعی تولید می‌شود.
کاربرد صنعتی عمده الماس در برش، حفاری، سنگ زنی و پولیش است. بسیاری از این کاربردها نیازی به الماس‌های بزرگ ندارند. در حقیقت، بیشتر الماس‌های با اندازه کوچک، می‌توانند از نظر صنعتی استفاده شوند. الماس‌ها در نوک‌های مته یا تیغه‌های اره تعبیه شده‌اند، یا برای استفاده در ابزارهای سنگ زنی و پولیش، داخل پودر ریخته می‌شوند. کاربردی تخصصی آن استفاده در سلول سندان الماس شامل استفاده در آزمایشگاه‌ها به‌عنوان مهار آزمایش‌های ولتاژ بالا، یاتاقان با کارایی بالا و استفاده محدود در پنجرههای دارای کاربرد ویژه است. با پیشرفت‌های مداوم در تولید الماس مصنوعی، کاربردهای جدیدتری نیز عملی می‌شوند. استفاده از الماس به‌عنوان نیم‌رسانا مناسب برای مدارهای مجتمع به دلیل ویژگی گرماگیری الکترونیک مورد توجه قرار گرفته‌است.
این روش در اواخر دهه ۱۹۴۰ در دانشگاه شیکاگو توسط ویلارد لیبای توسعه یافت. رادیوکربن (۱۴C) به‌طور مداوم در اثر تقابل پرتوهای کیهانی با نیتروژن جو ایجاد می‌شود. ۱۴C با اکسیژن اتمسفر ترکیب می‌شود و کربن دی‌اکسید رادیواکتیو ایجاد می‌کند که با استفاده از فتوسنتز در گیاهان ترکیب می‌شود. وقتی حیوانات یا گیاهان از بین می‌روند، تبادل کربن با محیط متوقف می‌شود و پس از آن با از بین رفتن رادیواکتیو ۱۴C مقدار ۱۴C موجود در آن شروع به کاهش می‌کند. این کاهش، عملاً به‌عنوان یک اصل در روش عمرسنجی رادیوکربنی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این روش به‌صورت گسترده‌ای برای تعیین سن مواد کربنی تا عمری در حدود ۴۰۰۰۰ سال، استفاده می‌شود. اندازه‌گیری مقدار ۱۴C در یک نمونه از یک گیاه یا حیوان مرده، مانند یک قطعه چوب یا یک قطعه استخوان، اطلاعاتی را فراهم می‌کند که می‌توان برای محاسبه زمان مرگ حیوان یا گیاه استفاده کرد. با توجه به نیمه‌عمر کربن-۱۴ هر ۵۷۳۰ سال مقدار آن نصف می‌شود.
اولین استفاده بالینی از سلول‌های مصنوعی در هموپرفیوژن توسط محصور کردن کربن فعال صورت گرفت. زغال فعال قادر به جذب بسیاری از مولکول‌های بزرگ است و مدت زیادی است که به دلیل توانایی آن در از بین بردن مواد سمی از خون در مسمومیت‌های ناخواسته یا مصرف بیش از حد دارو شناخته شده‌است. با این حال، پرفیوژن از طریق تزریق مستقیم کربن فعال سمی است زیرا منجر به آمبولیسم و آسیب سلول‌های خون می‌شود و به دنبال آن پلاکتها از بین می‌روند.
کربن خالص دارای سمیت فوق‌العاده پایین برای انسان است و می‌تواند در شکل‌های گرافیت و زغال توسط انسان به‌صورت ایمن لمس شود. کربن در مقابل حل شدن یا واکنش‌های شیمیایی حتی موردی مانند هضم شدن توسط اسید موجود در دستگاه گوارش انسان، از خود مقاومت نشان می‌دهد. در نتیجه زمانی که کربن وارد بافت‌های انسان شود، به احتمال بالا، به‌مدت نامعلومی همان‌جا خواهد ماند. کربن سیاه احتمالاً یکی از اولین رنگ‌دانه‌هایی بوده‌است که برای خال‌کوبی مورد استفاده قرار گرفته‌است. یکی از مثال‌های این موضوع خال‌کوبی‌های یافت شده بر روی بدن یک مومیایی طبیعی معروف به اوتسی مرد یخی است که قدمت آن به حدود ۵۲۰۰ سال قبل می‌رسد.
استنشاق ذرات غبار زغال‌سنگ یا دوده (کربن سیاه) در مقادیر زیاد می‌تواند خطرناک باشد و موجب تحریک بافت ریه و منجر به بیماری نارسایی ریه شود، موضوعی که به‌خصوص در معدن‌چیان دیده می‌شود و به بیماری سیاه‌ششی موسوم است. از ذرات غبار الماس برای ساییدن سایر مواد استفاده می‌شود، با این‌حال چنان‌چه این ذرات استنشاق یا بلعیده شوند، می‌توانند برای انسان خطرناک باشند. میکروذرات کربنی که در دود خارج شده از موتورهای دیزلی وجود دارند، ممکن است در ریه انسان تجمع پیدا کنند.
در همه مثال‌هایی که تا این‌جا ذکر شد، زیان احتمالی حاصل ناشی از تجمع ذرات در بدن فرد بودند و ماهیت شیمیایی خود کربن عامل آن نبود. به‌طور عمومی، کربن دارای سمیت پایینی برای حیات موجود بر روی زمین است، با این‌حال، نانولوله‌ها کربنی برای مگس سرکه کشنده محسوب می‌شوند.
کربن ممکن است در حضور هوا و در دمای بالا، باشدت و به‌صورت نورانی بسوزد. مقادیر زیاد از زغال‌سنگ که در غیاب اکسیژن برای چند صد میلیون سال به‌صورت خنثی باقی مانده‌اند، ممکن است زمانی که بر اثر حفر معادن در معرض هوا قرار بگیرند، دچار احتراق خودبخودی شوند.
در مصارف هسته‌ای که از گرافیت به‌عنوان یک تعدیل‌کننده نوترون استفاده می‌شود، پس از انباشت انرژی ویگنرWigner effect ممکن است یک آزادسازی ناگهانی و خودبخودی رخ دهد. پخت تا دمای ۲۵۰ درجه سانتی‌گراد، می‌تواند انرژی را به‌صورت ایمنی آزاد نماید، اگرچه این فرایند در حادثه آتش‌سوزی واینداسکیلWindscale fire در سال ۱۹۵۷ در انگلیس، به‌خوبی پیش نرفت و منجر به آتش‌سوزی رآکتورهای دیگر شد.
گستره وسیعی از ترکیبات کربنی دارای خطرات و البته فواید زیاد وجود دارند از ترکیبات خطرناکی مانند سم‌های کشنده‌ای همچون تترودوتوکسین، پروتئین لکتین رایسین که از دانه‌های کرچک به‌دست می‌آیند، سیانید و کربن مونوکسید تا ترکیبات ضروری برای حیات مانند گلوکز و پروتئین‌ها. پیوند سه‌گانه کربن با نیتروژن، موجب تشکیل گروه سیانو (CN-) می‌شود. در شیمی آلی، گروه سیانو به‌عنوان یک گروه عاملی در نظر گرفته می‌شود و مولکول‌های حاوی آن نیتریل نامیده می‌شوند. در شیمی معدنی، به گروه‌های سیانو که یک آنیون محسوب می‌شوند، سیانید گفته می‌شود. نمک‌هایی مانند سدیم سیانید و پتاسیم سیانید بسیار سمی هستند.
هیدروژن سیانید یک مایع بسیار فرار است که در مقیاس بزرگ، به‌صورت صنعتی تولید می‌شود و با کمک افزودن اسید به نمک سیانید به‌دست می‌آید. برخلاف سیانیدها که دارای پیوند یونی هستند و امکان آزاد سازی یون سیانید را دارند، نیتریل‌ها به‌دلیل پیوند کووالانسی میان گروه سیانو و کربن، فاقد چنین توانایی هستند و درنتیجه دارای سمیت کمتری نسبت به نمک‌های سیانید دارند. مسمومیت با سیانید مسمومیت ناشی از قرار گرفتن در معرض سیانور است.
علائم اولیه مسمومیت شامل سردرد، سرگیجه، ضربان سریع قلب، تنگی نفس و استفراغ است. همچنین ممکن است به‌دنبال آن تشنج، ضربان آهسته قلب، فشار خون پایین، از دست دادن هوشیاری و ایست قلبی رخ دهد. شروع علائم معمولاً طی چند دقیقه بروز می‌کند و اگر شخصی زنده بماند، ممکن است دچار مشکلات عصبی طولانی مدت گردد.
اکسیژن یکی از عناصر شیمیایی در جدول تناوبی است که نشان شیمیایی آن O و عدد اتمی آن ۸ است. این عنصر که عضوی از خانوادهٔ عناصر گروه کالکوژن، یعنی گروه شانزدهم در جدول تناوبی است، نافلزی بسیار واکنش‌پذیر و عاملی اکسیدکننده است که به آسانی موجب اکسید شدن عناصر و ترکیبات شیمیایی می‌شود. از نظر جرمی، پس از هیدروژن و هلیوم، اکسیژن سومین عنصر فراوان در کیهان است. در دما و فشار استاندارد، دو اتم اکسیژن با اتصال به یک‌دیگر موجب تولید ساختاری موسوم به دی‌اکسیژن یا اصطلاحاً موجب شکل‌گیری یک مولکول اکسیژن می‌شوند. مولکول اکسیژن در حالت گازی، بی‌رنگ، بی‌بو و دارای فرمول O است. مولکول اکسیژن ۲۰٫۹۵ درصد از اتمسفر کره زمین را تشکیل می‌دهد. با درنظر گرفتن اکسیژن موجود در فرمول شیمیایی ترکیب‌های دارای اکسیژن موجود در پوسته زمین، اکسیژن تقریباً تشکیل دهنده نیمی از عناصر سازنده پوسته زمین است.
اکسیژن مولکولی موجب تولید انرژی در فرایند سوختن، تنفس یاخته‌ای هوازی است. بسیاری از مولکول‌های آلی موجود در موجودات زنده مانند پروتئین‌ها، نوکلئیک اسیدها، کربوهیدرات‌ها، چربی‌ها و همچنین گستره وسیعی از ترکیبات معدنی پوسته بدن جانوران، دندان‌ها و استخوان‌ها دارای اتم‌های اکسیژن هستند. اغلب جرم تشکیل دهنده موجودات زنده متشکل از اکسیژن است، چرا که بدن جانوران به‌طور عمده از آب تشکیل شده‌است و اکسیژن عنصر اصلی سازنده آب است. اکسیژن موجود در اتمسفر زمین به‌طور پیوسته توسط فرایند فتوسنتز تأمین می‌شود، فرایندی که طی آن نور خورشید موجب تبدیل آب و کربن دی‌اکسید به اکسیژن می‌شود. از لحاظ شیمیایی، اکسیژن خیلی فعال است و درنتیجه نمی‌تواند در هوای آزاد به‌صورت آزاد و اتمی باقی بماند. به‌غیر از اکسیژن مولکولی، اکسیژن دارای دگرشکل‌های دیگری نیز است که ازون یکی از آن‌ها است. مولکول ازون قادر است نور فرابنفش بی منتشر شده از طرف خورشید را جذب کند و درنتیجه لایه ازون پوشاننده کره زمین، حیات موجود بر روی زمین را از پرتوهای مخرب فرابنفش محافظت می‌کند. با این‌حال ازونی که نزدیک سطح زمین تولید می‌شود محصول جانبی واکنش مه‌دودها است و درنتیجه به‌عنوان یک عامل آلاینده محسوب می‌شود.
اکسیژن توسط مایکل سندی‌ووجیس قبل از سال ۱۶۰۴ جداسازی شد با این‌حال، باور عمومی رایج این است که اکسیژن توسط کارل ویلهلم شیله در اوپسالا و در سال ۱۷۷۳ یا توسط جوزف پریستلی در ویلتشر در سال ۱۷۷۴ کشف شده‌است. در میان این دو نیز به‌طور معمول تقدم کشف اکسیژن به پریستلی نسبت داده می‌شود، چرا که مقاله او زودتر از شیله چاپ شد. پریستلی اکسیژن را هوای فلوژیستون‌زدایی شده نامید و آن را به‌عنوان یک عنصر شیمیایی به‌حساب نیاورد.در آن زمان باور عمومی بر وجود فرضیه‌ای بود که براساس آن همهٔ مواد قابل سوختن، از جزئی به نام فلوژیستون (ماده‌ای معدنی، بی‌رنگ، بی‌بو) تشکیل شده بودند که با سوختن آن ماده، فلوژیستون از ماده جدا شده و به شکل یک مادهٔ ساده‌تر کاهش می‌یافت. به‌همین علت، باور پریستلی براین بود که چون اکسیژن خود نمی‌سوزد و تنها عامل سوختن ترکیبات دیگر است، پس هوایی عاری از فلوژیستون است. واژه اکسیژن در سال ۱۷۷۷ و توسط آنتوان لاووازیه رواج داده شد. لاوازیه اولین کسی بود که اکسیژن را به‌عنوان یک عنصر شیمیایی مستقل به‌شمار آورد و به‌درستی به نقش آن در سوختن اشاره کرد.
اکسیژن به صورت متداول در تولید فولاد، پلاستیک، پارچه، برشکاری اکسیژنی فولاد، پیشران راکت، اکسیژن‌درمانی و سامانه پشتیبان حیات در هواپیما، زیردریایی‌ها، پروازهای فضایی و غواصی استفاده می‌شود.
یکی از اولین آزمایش‌های شناخته شده در مورد رابطه بین سوختن و هوا دو سده پیش از میلاد مسیح، توسط نویسنده یونانی در زمینه مکانیک، فیلو انجام شد. او در کار خود با استفاده از "پنوماتیک"، به اشتباه تصور می‌کرد که با برگرداندن یک ظرف بر روی یک شمع در حال سوختن که پیرامون آن آب است وقتی بخشی از مایع از گردنه ظرف بالا می‌رود مقداری از هوای موجود در ظرف به آتش یکی از عناصر چهارگانه تبدیل شده‌است و قادر به فرار از منافذ موجود در شیشه است.
قرن‌ها بعد، لئوناردو دا وینچی براساس کارهای فیلو، مشاهده کرد که بخشی از هوا در هنگام سوختن و تنفس مصرف می‌شود.
در اواخر سده هفدهم، رابرت بویل شیمی‌دان، فیزیک‌دان، فیلسوف و مخترع ایرلندی ثابت کرد که هوا برای سوختن لازم است، سپس شیمی‌دان انگلیسی جان مایو (۱۶۴۱–۱۶۴۱) نشان داد که آتش فقط به بخشی از هوا احتیاج دارد و نام آن را "اسپریتوس نیتروآروس"Spiritus nitroaereus گذاشت و کار بویل را تصحیح کرد".
در یک آزمایش او با قرار دادن یک موش و یک شمع کوچک روشن در یک ظرف وارونه روی آب شاهد بالا آمدن سطح آب به مقدار یک چهاردهم از حجم هوا قبل از خاموش شدن شمع و مرگ موش بود. از این رو او تصور کرد که نیتروآروس هم در تنفس و هم با سوختن مصرف می‌شود.
مایو همچنین مشاهده کرد که وزن آنتیموان هنگام گرم شدن افزایش یافته و براین اساس استنباط می‌کند که دلیل آن ترکیب شدن با نیتروآروس می‌باشد. او همچنین تصور کرد که ریه‌ها نیتروآروس را از هوا جدا کرده و آن را درون خون منتقل می‌کنند و گرمای بدن حیوانات و حرکت ماهیچه‌ها ناشی از واکنش نیتروآروس با مواد خاصی در بدن است. وی گزارش‌هایی از این آزمایش‌ها و ایده‌های دیگر را در سال ۱۶۶۸ در در اثری به‌نام "دو مجرا"Tractatus duo در دستگاه "تنفس"De respiratione منتشر شد.
رابرت هوک، اوله بورچ،Ole Borch میخاییل لومونسف و پیر باینPierre Bayen همه در آزمایش‌هایی که در سده ۱۷ و ۱۸ میلادی انجام می‌دادند اکسیژن تولید می‌کردند اما هیچ‌کدام آن را به‌عنوان یک عنصر شیمیایی به رسمیت نشناختند. که این ممکن است تا حدودی به‌دلیل نشر فلسفه سوختن و خوردگی به نام تئوری فلوژیستون باشد که در آن زمان توضیحی ارجح برای این نوع فرایندها بود.
این نظریه که بعدها به‌طور کامل رد گردید، برای اولین بار توسط شیمی‌دان آلمانی یوهان یوآکیم بکر بیان شد و سپس در سال ۱۷۳۱ توسط جرج ارنست استال اصلاح شد. بر مبنای این تئوری همهٔ مواد قابل سوختن از جزئی به نام فلوژیستون تشکیل شده بودند که با سوختن آن ماده، فلوژیستون از ماده جدا شده و به شکل یک مادهٔ ساده‌تر کاهش می‌یافت. در حالی که تصور می‌شد که قسمت اصلی آن از نظر ظاهری شکل واقعی یا کالکسکالکس (Calx) عبارتی لاتین به معنای گچ و سنگ آهک است که خود برگرفته از کلمه یونانی khaliks به معنای سنگ است است.
باور بر این بود که مواد دارای قابلیت احتراق بالا مانند چوب یا زغال‌سنگ که پس از سوختن، باقی مانده اندکی از آنها به جا می‌ماند، غالباً از فلوژیستون ساخته شده‌اند و مواد غیرقابل احتراق مانند آهن که دچار خوردگی می‌شوند، حاوی فلوژیستون بسیار کمی هستند. این تئوری نقش هوا در سوختن را صرفاً محدود به انتقال فلوژیستون آزادشده از جسم می‌کرد. به‌عنوان مثال طبق این نظریه از سوختن چوب، خاکستر به جا می‌مانَد و فلوژیستون آن توسط هوا جدا می‌شود که اختلاف جرم بین چوب و خاکستر بر جای مانده، ناشی از خارج شدن فلوژیستون می‌باشد. هیچ آزمایشی برای این ایده انجام نشد و تمامی نظرات مبتنی بر مشاهده آنچه اتفاق می‌افتاد بود که اکثر اشیاء با سوختن سبک‌تر می‌شوند و به نظر می‌رسد در روند کار چیزی را از دست می‌دهند.
کیمیاگر، فیلسوف و پزشک لهستانی مایکل سندی‌ووجیس در سال ۱۶۰۴ ماده موجود در هوا را شرح داد و از آن به عنوان "غذای زندگی"cibus vitae یاد کرد، و این ماده با اکسیژن یکسان است. سندی‌ووجیس، در طول آزمایش‌های خود که بین سال‌های ۱۵۹۸ و ۱۶۰۴ انجام داد، به درستی تشخیص داد که این ماده معادل محصول جانبی گازی است که با تجزیه حرارتی پتاسیم نیترات آزاد می‌شود. از دیدگاه بوگاج،Bugaj جداسازی اکسیژن و ارتباط مناسب ماده با آن قسمت از هوا که برای زندگی لازم است، دلیل کافی برای کشف اکسیژن توسط سندی‌ووجیس فراهم می‌کند. اما این کشف سندی‌ووجیس اغلب توسط نسل دانشمندان و شیمی‌دانان جانشین او انکار می‌شد.
همچنین معمولاً ادعا می‌شود که اکسیژن اولین بار توسط داروساز سوئدی کارل ویلهلم شیله کشف شد. وی با گرم کردن اکسید جیوه و نیترات‌های مختلف در سال ۱۷۷۱، گاز اکسیژن تولید کرده بود. شیله گاز را "هوای آتش"Fire air نامید زیرا در آن زمان تنها عامل شناخته شده برای پشتیبانی از سوختن بود. وی روایتی از این کشف را در یک نسخه خطی با عنوان "رساله‌ای در باب هوا و آتش"Treatise on Air and Fire نوشت که در سال ۱۷۷۵ برای ویراستار خود فرستاد. با این‌حال این رساله تا سال ۱۷۷۷ منتشر نشد.
در همین حال، در اول اوت سال ۱۷۷۴، آزمایشی که توسط شیمی‌دان و فیلسوف و مخالف کلیسای انگلستان، جوزف پریستلی انجام شد، نور خورشید را روی اکسید جیوه (HgO) موجود در یک لوله شیشه ای متمرکز کرد، که موجب آزاد شدن گازی از آن شد و آن را با عنوان "هوای فلوژیستون زدایی"Dephlogisticated air شده یاد کرد. وی خاطرنشان کرد: شمع‌ها در حضور این گاز روشن‌تر می‌سوزند و موش فعال تر بوده و با تنفس آن مدت زمان بیشتری زنده بوده‌است. پریستلی پس از تنفس گاز خود نوشت: «احساس آن در ریه‌هایم به‌طور قابل ملاحظه ای با هوای معمولی تفاوت چندانی نداشت، اما احساس کردم سینه‌ام به خصوص بعد از مدتی سبک و راحت است» پریستلی یافته‌های خود را در سال ۱۷۷۵ در مقاله ای با عنوان «گزارشی از اکتشافات بیشتر در هوا» منتشر کرد که در جلد دوم کتاب وی با عنوان "آزمایش‌ها و مشاهدات در انواع مختلف هوا"An Account of Further Discoveries in Air گنجانده شده‌است. از آنجا که او برای اولین بار یافته‌های خود را منتشر کرد، معمولاً از او به عنوان کاشف اکسیژن نام برده می‌شود.
شیمی‌دان فرانسوی آنتوان لورنت لاووازیه بعداً ادعا کرد که این ماده را به‌طور مستقل کشف کرده‌است. با این حال، پریستلی در اکتبر سال ۱۷۷۴ به دیدار لاووازیه رفت و در مورد آزمایش خود و نحوه انتشار گاز جدید به وی گفت. شیله همچنین در ۳۰ سپتامبر همان سال نامه‌ای را به لاووازیه ارسال کرده بود که شرح کشف ماده ناشناخته را توصیف می‌کرد، اما لاووازیه هرگز پذیرش آن را تأیید نکرد. پس از مرگ شیله نسخه‌ای از نامه در وسایلش پیدا شد.
لاووازیه اولین آزمایش‌های کمی مناسب در مورد اکسیداسیون را انجام داد و اولین توضیح صحیح در مورد چگونگی عملکرد سوختن را ارائه کرد. او از این آزمایش و آزمایش‌های مشابه دیگر، که در سال ۱۷۷۴ شروع شده بود، استفاده کرد تا نظریه فلوژیستون را بی‌اعتبار کند و نشان دهد ماده کشف شده توسط پریستلی و شیله یک عنصر شیمیایی است. در یک آزمایش، لاووازیه مشاهده کرد که هنگام گرم کردن قلع و هوا در یک ظرف بسته، افزایش کلی وزن وجود ندارد.
وی خاطرنشان کرد: هنگام بازکردن ظرف، ناگهان هوا وارد ظرف شد و این نشان می‌دهد که برخی از هوای به دام افتاده مصرف شده‌است و نشان داد که مقدار وزن افزایش یافته قلع پس از سوختن برابر با مقدار هوایی بوده‌است که پس از بازکردن ظرف وارد آن شده‌است. این آزمایش به همراه دیگر آزمایش‌های او در کتابی با عنوان "در مورد احتراق"Sur la combustion en général در سال ۱۷۷۷ منتشر و ثبت شد. با انجام این کار، او ثابت کرد که هوا ترکیبی از دو گاز است. "هوای حیاتی"Vital air که برای سوختن و تنفس ضروری است و "آزوت"Azote یا "هوای بی‌جان"Lifeless که پیش تر ازت در انگلیسی نیتروژن نام گرفت، اگرچه این نام در فرانسوی و چند زبان اروپایی دیگر نگه داشته شد.Lavoisier, Antoine with Robert Kerr, trans. , "Elements of Chemistry", 4th ed. (Edinburgh, Scotland: William Creech, 1799), p. 101:."
لاووازیه نام "هوای حیاتی" را در ۱۷۷۷ به "اکسیژن" تغییر نام داد که از ریشه یونانی "اوکسیس"Oxys به معنای تیز برای طعم اسیدها و "-جنز"-Genēs به معنای تولیدکننده یا مولد، گرفته شده بود زیرا او به اشتباه فکر می‌کرد که اکسیژن ماده تشکیل دهنده همه اسیدها است. بعد از او، شیمی‌دان‌هایی مانند همفری دیوی، در ۱۸۱۲ سرانجام تشخیص دادند که لاووازیه در ارزیابی خود اشتباه کرده‌است و این هیدروژن است که پایه اسیدها را تشکیل می‌دهد، اما این نام قبلاً رایج شده بود. واژه اکسیژن علی‌رغم مخالفت دانشمندان انگلیسی و این واقعیت که دانشمند انگلیسی پریستلی ابتدا آن را کشف کرده و دربارهٔ آن نوشته بود، وارد زبان انگلیسی شد که تا حدودی ناشی از شعری است که با عنوان «اکسیژن» در کتاب محبوب "باغ گیاه‌شناسی" (۱۷۹۱)The Botanic Garden اثر اراسموس داروین، پدر بزرگ چارلز داروین از آن تحسین می‌کند.
نظریه جان دالتون بر این اساس بود که تمام اتم‌های یک عنصر یکسانند و اتم موجود در ترکیبات معمولاً ساده‌ترین نسبت‌های اتمی را نسبت به یک‌دیگر دارند. او به اشتباه تصور می‌کرد که ساده‌ترین حالت ترکیب بین دو عنصر همواره ترکیب یک اتم از هر کدام است؛ بنابراین مولکول آب را به اشتباه HO فرض می‌کرد و به این نتیجه رسید که جرم اتمی اکسیژن ۸ برابر بیشتر از هیدروژن است درحالی‌که امروزه با در نظر گرفتن فرمول درست آب می‌دانیم که اتم اکسیژن ۱۶ برابر از هیدروژن سنگین تر است. در سال ۱۸۰۵، ژوزف لویی گیلوساک و الکساندر فون هومبولت نشان دادند که نسبت حجمی هیدروژن نسبت به اکسیژن در آب ۲ به ۱ است و در سال ۱۸۱۱ آمدئو آووگادرو شیمی‌فیزیک‌دان ایتالیایی با فرض مولکول‌های دو اتمی ابتدایی، تفسیر صحیحی از ترکیب مایعات ارائه داد که امروز به عنوان قانون آووگادرو شناخته می‌شود.نتایج تا سال ۱۸۶۰ نادیده گرفته شدند. بخشی از این عدم توجه و رد شدن به این خاطر این باور بود که تصور می‌شد اتم‌های یک عنصر فاقد میل ترکیبی در مقابل اتم‌های دیگری از همان عنصر هستند و بخشی دیگر به این علت بود که استثنایی در قانون آووگادرو وجود داشت که امکان توضیح آن تا سال‌ها بعد و با کمک مولکول‌های تفکیک شونده، وجود نداشت.
در اواخر سده نوزدهم دانشمندان دریافتند که می‌توان هوا را به مایع تبدیل کرد و اجزای آن را با فشرده‌سازی و خنک کردن آن جدا کرد. با استفاده از روش آبشاری، رائول پیکتت شیمی‌دان و فیزیک‌دان سوئیسی، گوگرد دی‌اکسید را به‌منظور مایع‌سازی کربن دی‌اکسید، تبخیر کرد. این مایع سازی از طریق جذب گرمای کربن دی‌اکسید توسط گوگرد دی‌اکسید در هنگام تبخیر شدن به انجام می‌رسد. وی در ۲۲ دسامبر سال ۱۸۷۷ تلگرافی را به فرهنگستان علوم فرانسه ارسال کرد و خبر از کشف اکسیژن مایع داد و تنها دو روز بعد، فیزیک‌دان فرانسوی لوئیس پل کایتت روش خود را برای مایع کردن اکسیژن مولکولی اعلام کرد. در هر دو مورد، فقط چند قطره از اکسیژن مایع تولید می‌شد، بنابراین امکان یک تجزیه و تحلیل قطعی را نمی‌داد. اکسیژن برای اولین بار در ۲۹ مارس ۱۸۸۳ توسط دانشمندان لهستانی، زیگمونت وروبلوسکی و کارول اولژوسکی از دانشگاه یاگیلونیا در حالت پایدار مایع شد.
در سال ۱۸۹۱، شیمی‌دان اسکاتلندی، جیمز دیوئر، قادر به تولید اکسیژن مایع کافی برای مطالعه آن شد.
اولین فرایند تجاری مناسب برای تولید اکسیژن مایع به‌طور مستقل در سال ۱۸۹۵ توسط مهندس آلمانی کارل فن لینده و مهندس بریتانیایی ویلیام هامسون توسعه یافت. آنها دمای هوا را تا زمان مایع شدن آن کاهش می‌دادند و سپس مخلوط را به صورت جز به جز تقطیر و آنها را جداگانه استخراج می‌کردند بعدتر، در سال ۱۹۰۱، جوشکاری اکسی‌استیلن برای اولین بار با سوختن مخلوطی از استیلن و اکسیژن فشرده شده استفاده شد که برای برش فلزات متداول گشت. در سال ۱۸۹۸، ویلیام تامسون محاسبه کرد که تنها برای حدود ۴۰۰ یا ۵۰۰ سال اکسیژن روی زمین باقی مانده‌است که مقدار دقیق آن به سرعت سوختن مواد قابل احتراق بستگی دارد.
در سال ۱۹۲۳، دانشمند آمریکایی رابرت گدارد اولین شخصی بود که موتور موشکی را ساخت که از بنزین برای سوخت و اکسیژن مایع به عنوان عامل اکسنده استفاده می‌کرد و اولین موشک سوخت مایع را در تاریخ ۱۶ مارس ۱۹۲۶ در اوبرن پرتاب کرد که ۵۶ متر را با سرعت ۹۷ کیلومتر در ساعت طی نمود. در آزمایشگاه‌های دانشگاهی، اکسیژن را می‌توان با گرم کردن مخلوطی از پتاسیم کلرات و مقدار کمی از منگنز دی‌اکسید تهیه کرد. سطح اکسیژن موجود در جو در حال کاهش است که دلیل آن استفاده از سوخت‌های فسیلی است.
در شرایط استاندارد دما و فشار، اکسیژن، گازی بدون بو، رنگ و مزه، با فرمول شیمیایی O است که خود از دو اتم اکسیژن تشکیل شده‌است. پیوند میان دو اتم اکسیژن در یک مولکول اکسیژن، می‌تواند بر اساس نظریه‌های مختلفی تفسیر داده شود با این‌حال، منطقی است که آن را یک پیوند دوگانه کووالانسی درنظر گرفت که در اثر پر شدن اوربیتال‌های مولکولی با الکترون‌های مهیا شده از دو اتم مجزای اکسیژن ایجاد می‌شود. به‌صورت دقیق‌تر، این پیوند دوگانه مطابق اصل آفبا از پر شدن متوالی اوربیتال‌های مولکولی در یک مولکول اکسیژن، با ترتیب چینش از انرژی کم به انرژی زیاد، ایجاد می‌شود. پیوندهای سیگما (σ) و سیگما استار (*σ) ناشی از هم‌پوشانی به‌ترتیب پیوندی و ضدپیوندی اوربیتال‌های 2s دو اتم اکسیژن، یک‌دیگر را خنثی می‌کنند. پیوند سیگمای ناشی از هم‌پوشانی اوربیتال‌های 2p دو اتم اکسیژن، عامل ایجاد پیوند یگانه اکسیژن-اکسیژن (O-O) هستند و پیوند پای (π) حاصل از هم‌پوشانی جانبی اوربیتال‌های 2p این دو اتم است. به‌علت حضور دو الکترون در اوربیتال ضدپیوندی پای استار (*π)، بخشی از هم‌پوشانی اوربیتالی پای پیوندی خنثی می‌شود که در نتیجه آن پیوند موجود در یک مولکول اکسیژن دار کاهش رتبه پیوند شده و خصلتی دوگانه و دارای واکنش‌پذیری بالا پیدا می‌کند.
آرایش الکترونی اکسیژن در حالت پایه خود به علت داشتن دو الکترون منفرد و جفت نشده، اصطلاحاً سه‌تاییاین عبارت اصطلاحی کوانتومی است و نشان می‌دهد که اسپین‌های این دو الکترون جفت‌نشده، در مجموع به چند حالت می‌توانند وجود داشته باشند: بالا-بالا، پائین-پائین، بالا، پائین. نامیده می‌شود. اکسیژن سه‌تایی مولکولی پارامغناطیس است که این خصلت ناشی از وجود دو الکترون جفت نشده در ساختار آن است. زمانی که اکسیژن سه‌تایی در مجاورت میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، گشتاور مغناطیسی اسپینی این الکترون‌ها و همچنین تبادل انرژی بین مولکول‌های اکسیژن نزدیک، موجب می‌شود که اکسیژن خصلتی مغناطیسی پیدا کند. اکسیژن مایع به‌قدری مغناطیسی است که در مشاهدات آزمایشگاهی، پلی از اکسیژن مایع، می‌تواند وزن خود را بین قطب‌های یک آهن‌ربای قوی تحمل کند.
اکسیژن سه‌تایی به علت داشتن دو الکترون جفت‌نشده به آرامی با اغلب ترکیبات آلی واکنش می‌کند، چرا که آن‌ها دارای الکترون‌های جفت‌شده هستند و میل ترکیبی کمتری دارند، در نتیجه این موضوع سبب می‌شود که جلوی احتراق خودبه‌خودی این ترکیبات گرفته شود.
اکسیژن می‌تواند حالت الکترونی دیگری نیز داشته باشد و آن حالت اکسیژن یک‌تایی است. اکسیژن یک‌تایی همانند مورد سه‌تایی دارای فرمول O است، با این تفاوت که از لحاظ الکترونی، فاقد الکترون جفت نشده‌است و تمامی الکترون‌های موجود در اوربیتال‌های مولکولی آن به صورت جفت‌شده به‌سر می‌برند. اکسیژن یک‌تایی در مقابل ترکیبات آلی متداول واکنش‌پذیری بسیار بالاتری از خود نشان می‌دهد. به صورت طبیعی، اکسیژن یک‌تایی در طول فتوسنتز با کمک نور خورشید از آب تولید می‌شود. این گونه همچنین در تروپوسفر و بر اثر نورکافت مولکول‌های ازون به‌وسیله پرتوهای خورشیدی پرقدرت و دارای طول موج کوتاه نیز تولید می‌شود. اکسیژن یک‌تایی همچنین توسط سیستم ایمنی بدن نیز تولید می‌شود. در جاندارانی که فتوسنتز می‌کنند، کاروتنوئیدها نقشی اساسی در جذب انرژی از اکسیژن یک‌تایی و تبدیل آن به حالت پایدارتر برای جلوگیری از آسیب رسانی به بافت‌ها را دارند.
اصلی‌ترین و متداول‌تر دگرشکل متداول اکسیژن، دی‌اکسیژن یا همان اکسیژن مولکولی (O) است که بخش بزرگی از اتمسفر اکسیژنی کره زمین را تشکیل می‌دهد. اکسیژن مولکولی دارای پیوندی به طول ۱۲۱ پیکومتر و انرژی پیوندی ۴۹۸ کیلو ژول بر مول است.
مولکول اکسیژن توسط شکل‌های پیچیده حیات مانند حیوانات مصرف می‌شود. اکسیژن سه‌اتمی (O) که به‌صورت متداول با نام ازون شناخته می‌شود، یکی از فعال‌ترین دگرشکل‌های اکسیژن است که به‌خاطر فعالیت بالایش می‌تواند به بافت‌های ریه انسان آسیب بزند.
ازون در لایه بالایی اتمسفر تولید می‌شود، جایی که اکسیژن مولکولی با اکسیژن اتمی حاصل از تفکیک اکسیژن مولکولی توسط پرتوهای ماورای بنفش خورشیدی، ترکیب می‌شود.
به‌علت این‌که ازون نور ماورای بنفش را به‌شدت جذب می‌کند، لایه ازون در لایه بالایی اتمسفر به‌مانند لایه‌ای محافظ عمل می‌کند و از کره زمین را در مقابل پرتوهای مخرب ماورای بنفش محافظت می‌کند. در نزدیکی سطح زمین، ازون به‌عنوان آلاینده‌ای شناخته می‌شود که در دود خودروها به عنوان محصول جانبی حضور دارد. در ارتفاع واقع در مدار نزدیک زمین، اکسیژن اتمی لازم برای ایجاد اثر خورندگی بر روی بدنه فضاپیماها وجود دارد.