碳是一種非金屬元素，位於元素周期表的第二周期IVA族。它的化學符號是C，它的原子序數是6，電子構型為[He]2s22p2。碳是一種很常見的元素，它以多種形式廣泛存在於大氣和地殼之中。碳單質很早就被人認識和利用，碳的一系列化合物——有機物更是生命的根本。
拉丁語為Carbonium，意為“煤，木炭”。漢字“碳”字由木炭的“炭”字加表固體非金屬元素的石字旁構成，從 炭字音。
性狀
碳單質通常是無臭無味的固體。單質碳的物理和化學性質取決於它的晶體結構，外觀、密度、熔點等各自不同。 碳的單質已知以多種同素異形體的形式存在：
金剛石
富勒烯（Fullerenes，也被稱為巴基球）
無定形碳（Amorphous，不是真的異形體,內部結構是石墨）
碳納米管（Carbon nanotube）
六方金剛石（Lonsdaleite，與金剛石有相同的鍵型，但原子以六邊形排列，也被稱為六角金剛石）
趙石墨（Chaoite，石墨與隕石碰撞時產生，具有六邊形圖案的原子排列）
汞黝礦結構（Schwarzite，由於有七邊形的出現，六邊形層被扭曲到“負曲率”鞍形中的假想結構）
纖維碳（Filamentous carbon，小片堆成長鏈而形成的纖維）
碳氣凝膠（Carbon aerogels，密度極小的多孔結構，類似於熟知的矽氣凝膠）
碳納米泡沫（Carbon nanofoam，蛛網狀，有分形結構，密度是碳氣凝膠的百分之一，有鐵磁性）
最常見的兩種單質是高硬度的金剛石和柔軟滑膩的石墨，它們晶體結構和鍵型都不同。金剛石每個碳都是四面體4配位，類似脂肪族化合物；石墨每個碳都是三角形3配位，可以看作無限個苯環稠合起來。
常溫下單質碳的化學性質比較穩定，不溶於水、稀酸、稀鹼和有機溶劑。
同位素
目前已知的同位素共有十二種，有碳8至碳19，其中碳12和碳13屬穩定型，其餘的均帶放射性，當中碳14的半衰期長達五千多年，其他的均全不足半小時。
在地球的自然界裡，碳12在所有碳的含量佔98.93%，碳13則有1.07%。C的原子量取碳12、13兩種同位素豐度加權的平均值，一般計算時取12.01。
碳12是國際單位制中定義摩爾的尺度，以12克碳12中含有的原子數為1摩爾。碳14由於具有較長的半衰期，被廣泛用來測定古物的年代。
成鍵
碳原子一般是四價的，這就需要4個單電子，但是其基態只有2個單電子，所以成鍵時總是要進行雜化。最常見的雜化方式是sp3雜化，4個價電子被充分利用，平均分布在4個軌道里，屬於等性雜化。這種結構完全對稱，成鍵以後是穩定的σ鍵，而且沒有孤電子對的排斥，非常穩定。金剛石中所有碳原子都是這種以此種雜化方式成鍵。烷烴的碳原子也屬於此類。
根據需要，碳原子也可以進行sp2或sp雜化。這兩種方式出現在成重鍵的情況下，未經雜化的p軌道垂直於雜化軌道，與鄰原子的p軌道成π鍵。烯烴中與雙鍵相連的碳原子為sp 2雜化。
由於sp2雜化可以使原子共面，當出現多個雙鍵時，垂直於分子平面的所有p軌道就有可能互相重疊形成共軛體系。苯是最典型的共軛體系，它已經失去了雙鍵的一些性質。石墨中所有的碳原子都處於一個大的共軛體系中，每一個片層有一個。
化合物
碳的化合物中，只有以下化合物屬於無機物：
碳的氧化物：一氧化碳、二氧化碳
碳酸鹽、碳酸氫鹽
氰一系列擬鹵素及其擬鹵化物、擬鹵酸鹽：氰、氧氰，硫氰
其它含碳化合物都是有機化合物。由於碳原子形成的鍵都比較穩定，有機化合物中碳的個數、排列以及取代基的種類、位置都具有高度的隨意性，因此造成了有機物數量極其繁多這一現象，目前人類發現的化合物中有機物占絕大多數。有機物的性質與無機物大不相同，它們一般可燃、不易溶於水，反應機理複雜，現已形成一門獨立的分科 有機化學。
分布
碳存在於自然界中(如以金剛石和石墨形式)，是煤、石油、瀝青、石灰石和其它碳酸鹽以及一切有機化合物的最主要的成分，在地殼中的含量約0.027%。碳是占生物體乾重比例最多的一種元素。碳還以二氧化碳的形式在地球上循環於大氣層與平流層。
在大多數的天體及其大氣層中都存在有碳。
發現
金剛石和石墨史前人類就已經知道。 富勒烯則於1985年被發現，此後又發現了一系列排列方式不同的碳單質。
同位素碳14於1940年被發現。
單質的精煉
金剛石
金剛石即鑽石可以找到集中的塊狀礦藏，開採出來時一般都有雜質。用另外的鑽石粉末將雜質削去，並打磨成形，即得成品。一般在切削、打磨過程中要損耗掉一半的質量。
石墨
用途
在工業上和醫藥上，碳和它的化合物用途極為廣泛。
測量古物中碳14的含量，可以得知其年代，這叫做碳14斷代法。
石墨可以直接用作炭筆，也可以與粘土按一定比例混合做成不同硬度的鉛芯。金剛石除了裝飾之外，還可使切削用具更鋒利。無定形碳由於具有極大的表面積，被用來吸收毒氣、廢氣。富勒烯和碳納米管則對納米技術極為有用。
碳是鋼的成分之一。
碳能在化學上自我結合而形成大量化合物，在生物上和商業上是重要的分子。生物體內大多數分子都含有碳元素。碳化合物一般從化石燃料中獲得，然後再分離並進一步合成出各種生產生活所需的產品，如乙烯、塑膠等。
理化特性
總體特性
名稱, 符號, 序號 碳、C、6
系列 非金屬
族, 周期, 元素分區 14族(IVA), 2, p
密度、硬度 2267 kg/m3、
0.5 (石墨)
10.0 (鑽石)
顏色和外表 黑色（石墨）
無色（鑽石）
地殼含量 無數據
原子屬性
原子量 12.0107 原子量單位
原子半徑（計算值） 70（67）pm
共價半徑 77 pm
范德華半徑 170 pm
電子構型 [氦]2s22p2
電子在每能級的排布 2，4
氧化價（氧化物） 4，2（弱酸性）
晶體結構 六方（石墨）
立方（鑽石）
物理屬性
物質狀態 固態（反磁性）
熔點 3773 K（3500 °C）
沸點 5100 K（4827 °C）
摩爾體積 5.29×10-6m3/mol
汽化熱 355.8 kJ/mol（升華）
熔化熱 無數據（升華）
蒸氣壓 0 帕
聲速 18350 m/s
其他性質
電負性 2.55（鮑林標度）
比熱 710 J/(kg·K)
電導率 0.061×10-6/(米歐姆)
熱導率 129 W/(m·K)
第一電離能 1086.5 kJ/mol
第二電離能 2352.6 kJ/mol
第三電離能 4620.5 kJ/mol
第四電離能 6222.7 kJ/mol
第五電離能 37831 kJ/mol
第六電離能 47277.0 kJ/mol
最穩定的同位素
同位素 豐度 半衰期 衰變模式 衰變能量
MeV 衰變產物
12C 98.9 % 穩定
13C 1.1 % 穩定
14C 微量 5730年 β衰變0.156 14N
在沒有特別註明的情況下使用的是
國際標準基準單位單位和標準氣溫和氣壓
