Węgiel (łac. carboneum) należy do 14 grupy układu okresowego, zwanej węglowcami. Jego liczba atomowa wynosi 6, a masa atomowa 12,011. Ma bardzo wysoką temperaturę topnienia, która ma wartość ok. 3840°C, a temperatura wrzenia węgla to powyżej 3900°C. Węgiel w związkach występuje na II, +IV i -IV stopniu utlenienia, a jego konfiguracja elektronowa ma postać: [He]2s22p2.
- Węgiel ma cztery odmiany alotropowe: grafit (czarne, miękkie, łupliwe ciało stałe), diament (przezroczysty, bardzo twardy), fullereny i nanorurki. Sadza (dawniej uważana za odmianę alotropową) to bardzo rozdrobnione kryształki grafitu. Tylko grafit i diament występują w przyrodzie.
- Znane są dwa trwałe izotopy (atomy pierwiastka o różnej liczbie neutronów) węgla: 12C i 13C. W przyrodzie występuje przede wszystkim 12C (ok. 99%). Ważnym izotopem węgla jest promieniotwórczy 14C, który powstaje w wyniku działania neutronów promieniowania kosmicznego z 14N i 13C w górnej warstwie atmosfery. Izotop ten ma zastosowanie do określania wieku przedmiotów, zawierających związki organiczne (datowanie radiowęglowe).
- W warunkach normalnych węgiel jest mało aktywny chemicznie i ulega reakcji jedynie z fluorem. Jest nierozpuszczalny w kwasach zasadach i wodzie. Po ogrzaniu reaguje z siarką i tlenem. W wysokich temperaturach reaguje z metalami i wodorem.
- Węgiel jest składnikiem wszystkich żywych organizmów i jest podstawą życia na Ziemi. Liczba jego związków jest ogromna.
- W atmosferze występują dwa związki zawierające węgiel. Są to tlenek węgla(II) CO i tlenek węgla(IV) CO2.
- Tlenek węgla(II), CO, (czad) to bezbarwny, bezwonny, palny i toksyczny gaz. Słabo rozpuszcza się w wodzie, a z powietrzem tworzy mieszaninę wybuchową. Jego wdychanie prowadzi do śmierci, ponieważ gaz ten łączy się z hemoglobiną i przez to uniemożliwia jej przyłączanie tlenu. Otrzymywany jest na skutek niecałkowitego spalania węgla oraz redukcji CO2.
- Dwutlenek węgla, CO2, jest bezbarwnym niepalnym gazem, nie mającym zapachu. Jest bezwodnikiem kwasu węglowego. Występuje w hydrosferze i atmosferze i jest mało aktywny chemicznie. W przyrodzie zachodzi nieustanny obieg dwutlenku węgla. Tworzy się on w wyniku fermentacji, oddychania, utleniania oraz spalania związków organicznych. Ten związek chemiczny znalazł zastosowanie w produkcji napojów gazowanych oraz jako środek chłodzący (tzw. suchy lód).
- Tetrachlorometan, czterochlorek węgla, CCl4, to niepalna bezbarwna ciecz o charakterystycznym zapachu i trującym i narkotycznym działaniu. Jest szkodliwy dla środowiska, dlatego jest zużycie jest zredukowane do minimum. Stosowany jest jako rozpuszczalnik i w niektórych syntezach.
- Freony to grupa fluoro- i chloropochodnych węglowodorów alifatycznych. Najważniejszy z nich to freon-12 (dichlorodifluorometan CCl2F2), który jest niepalnym, bezwonnym gazem. Stosowany jest jako czynnik chłodniczy w chłodziarkach. Freony są bardzo trwałe, przenikają do ozonosfery, gdzie ulegają reakcjom chemicznym, w których powstają reaktywne atomy chloru. Atomy te powodują rozpad cząsteczek ozonu, co jest przyczyną powstawania dziury ozonowej.
- Węgiel jest paliwem kopalnym i źródłem energii. Na skutek ogrzewania w piecach koksowniczych w bardzo wysokiej temperaturze (600-1200°C) i bez dostępu powietrza jednej z odmian węgla kopalnego (węgla kamiennego), otrzymujemy paliwo zwane koksem. Zawiera ono ok. 95% czystego węgla, składniki mineralne, siarkę, wodę, niewielkie ilości fosforu i składników gazowych. Koks jest czarną porowata substancją. Jego zaletą jest wyższa od węgla kamiennego kaloryczność i łagodniejsze spalanie, stąd wykorzystanie koksu jako materiału opałowego.
