Con il termine carbonio in chimica si indica quell'elemento della tavola periodica che ha come simbolo C e come numero atomico (Z) sei. Questo elemento (con peso atomico pari a 12,011) è facilmente reperibile in natura e ricopre un ruolo fondamentale nella vita degli organismi viventi. Si calcola che la quantità totale di carbonio presente sulla Terra (in forma sia organica sia inorganica) si aggiri intorno a 49.000 Gt (1 gigatonnellata è pari a 109 tonnellate). Anche se una buona parte (22%) è contenuta nei materiali fossili, la maggior parte (71%) è in realtà contenuta negli oceani, per lo più in forma di ioni carbonati e bicarbonati. Il 3% circa è contenuto nel fitoplancton e nella materia organica in decomposizione, e un ulteriore 3% si trova nella biomassa totale degli ecosistemi terrestri (e principalmente nella fitomassa delle foreste). Solo una minima parte (1%) è, invece, contenuta nell'atmosfera e viene riciclata attraverso il ciclo biogeochimico del carbonio. In particolare il carbonio si ritrova in tutte le biomolecole, negli idrocarburi e in altre molecole organiche importanti come gli alcoli, aldeidi, chetoni, eteri, acidi carbossilici, alogenuri acilici, esteri, ammine.

 LA CHIMICA ORGANICA E I SUOI COMPOSTI  

 Il carbonio può formare un numero idealmente infinito di composti (con atomi diversi) che vengono raggruppati con il nome di chimica organica (fanno eccezione i carbonati, l'anidride carbonica, il monossido di carbonio e l'acido carbonico); i più comuni sono quelli che contengono carbonio e idrogeno (idrocarburi). La chimica organica entra nella vita quotidiana più di qualsiasi altra scienza: siamo fatti e circondati da composti organici. Quasi tutte le reazioni che avvengono negli organismi viventi interessano delle sostanze organiche ed è impossibile capire la vita, almeno dal punto di vista fisico, senza conoscere la chimica organica. I principali componenti della materia vivente come le proteine, i carboidrati, i lipidi, gli acidi nucleici (DNA e RNA), le membrane cellulari, gli enzimi e gli ormoni  sono tutti composti organici ed hanno strutture più complesse dei composti inorganici. altre sostanze con cui veniamo a contatto quasi ogni giorno sono la benzina, l'olio e i penumatici delle automobili, gli abiti che indossiamo, il legno, la carta dei libri, le medicine, le bevande alcoliche, i contenitori di plastica, le pellicole fotografiche, i profumi, i tappeti e gli altri tessuti. Dai giornali o dalla televisione si sente sempre più spesso parlare di diossine, colesterolo, polistirolo espanso, poilietilene, nicotina, caffeina, poliestere, garssi polinsaturi, petrolio e numero di ottani, termini che fanno riferimento a sostanze oerganiche. Questa branca della chimica non è una scienza riservata al chimico di laboratorio ma anche da altre figure professionali come il medico, l'agronomo, il dentista, il veterinario e quindi fa parte intergarnte della cultura tecnologica moderna. 

L'importanza del carbonio si spiega con la sua proprietà unica di combinarsi con se stesso per formare catene di atomi e anelli estremamente complessi (è il caso delle forme allotropiche). Le sostanze formate dallo stesso elemento sono varie  ed ahanno caratteristiche radicalmente diverse quindi si possono distinguere tre forme allotropiche (immagine in basso) caratterizzate da diversa struttura cristallina: il diamante, in cui ogni atomo è legato ad altri quattro atomi in un reticolo a struttura tetraedrica (ibridazione sp3); la grafite (ibridazione sp2), in cui gli atomi sono disposti in modo da creare degli esagoni affiancati su piani orizzontali tenuti uniti dalla Forza di Van Der Waals; e il carbonio amorfo, caratterizzato da un basso grado di cristallinità. Queste forme, che si differenziano in molte proprietà fisiche (il diamante è classificato come l'elemento più duro secondo la scala Mohs mentre la grafite è sfaldabile e untuosa), hanno tutte punti di fusione estremamente alti e, a temperatura ambiente, sono insolubili in qualunque solvente. Una quarta forma allotopica del carbonio è costituita dall’intera classe dei fullereni, il più famoso dei quali è il buckminsterfullerene.

Questo elemento è quindi altamente reattivo, sprattutto ad alte temperature e forma molte categorie di composti come gli idrocarburi (in cui è legato all'idrogeno), i carburi (in cui si lega con elementi con bassa elettronegatività) e le molecole biologiche (come i carboidrati, i lipidi e le proteine) ed ha, in gran parte delle sue forme, valenza quattro: l'unico caso i cui è bivalente è il monossido di carbonio (CO).Legato a due atomi di ossigeno forma l'anidride carbonica,CO2,composto che costituisce una minima percentuale dell'aria che respiriamo eppure è necessario,senza di questo le piante non potrebbero effettuare in maniera corretta la fotosintesi clorofilliana(complesso processo di reazioni finalizzatto alla produzione di molecole di glucosio e ossigeno indispensabili per la vita della pianta,detto anche organicazione del Carbonio)L'anidride carbonica risulta invece essere il prodotto del processo inverso alla fotosintesi, l'ossidazione del glucosio.

 ETIMOLOGIA E CENNI STORICI

le origini del termine carbonio si possono ricondurre al latino carbo-carbonis, che significa carbone, materiale già in uso presso i romani. Questo termine compare nel dizionario della lingua italiana di Niccolò Tommaseo e Bernardo Bellini del 1861 e viene definito come "la sostanza pura del carbone, ossia quel principio elementare ond'è costituito principalmente il carbone. il carbonio unito ad una quantità di ossigene minore di quella che è necessaria ad acidificarlo e convertirlo in acido carbonico forma un atomo di carbonio".

I primi composti di carbonio furono isolati e identificati in organismi viventi all'inizio del XIX secolo, e da allora lo studio del carbonio costituisce l'importante ramo della chimica noto come chimica organica. questo ramo della chimica è molto importante: da secoli i chimici si impegano ad estrarre, purificare ed analizzare sostanze ricavate da animali e piante. Nel XVII secolo è nato l'interesse di conoscere al materia vivente e di ottenere ingredienti per preparare farmaci, coloranti e altre sostanze di utilità pratica. A poco a poco ci si rese conto che fra la maggior parte dei composti presenti nelle piante e negli animali e quelli che si trovano nella materia inanimata, come i minerali, esistono notevoli differenze. In particolare i composti che si ricavano dalla materia vivente sono costituiti per lo più con pochi elementi, sempre gli stessi: carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto, e più raramente zolfo (solfonati e tioli), fosforo (catene fosfolipicdiche delle membrane cellulari) e  pochi altri. questa definizione portò alla conclusione "la chimica organica è la chimica dei composti del carbonio". Fino agli inizi dell'ottocento gli scienziati ritennero erroneamente che i composti presenti nella materia vivente fossero qualitativamente diversi dagli altri composti, in quanto racchiudevano una forza vitale ignota e inafferrabile. Questo pregiudizio distolse i chimici dai tentativi di preparare in laboratorio i composti organici. Nel 1828 il chimico tedesco Friederich Wohler preparò per caso l'urea, il più importante componente dell'urina, riscaldando una sostanza inorganica (o minerale), il cianato d'ammonio (NH4OCN). lo scienziato fu molto colpito da questo fatto che scrisse al suo ex insegnante svedese J.J. Berzelius "sono in grado di preparare l'urea senza aver bisogno del rene di un essere vivente come l'uomo o il cane".