Węgiel (Carboneum)

Pierwszy van Helmont (ok. 1650) zauważył, że przy spalaniu drewna lub węgla tworzy się swoisty gaz, który nazwał spiritus silvestris albo gas silvestre (dwutlenek węgla), co znaczy gaz leśny (tzn. z drzewa leśnego). Stwierdził, że ten sam gaz wydziela się również przy działaniu kwasów na łagodne alkalia, tzn. na sodę lub potaż (węglany sodu i potasu), a także tworzy się jako produkt fermentacji i że jest on cięższy od powietrza. Van Helmont wykazał, że w gazie tym płomień gaśnie a zwierzęta giną.
J. Black wykrył w 1755, że dwutlenek węgla tworzy się także podczas oddychania.
Black nie wypowiedział się co do tego jaki jest chemiczny skład otrzymanego gas silvestre. Tę kwestię wyjaśnił dopiero Lavoisier w 1775. Lavoisier ogrzewając w zamkniętej retorcie tlenek rtęciowy, otrzymał przez termiczny rozkład tego związku tlen. Ogrzewając natomiast ten sam tlenek rtęciowy z dodatkiem węgla drzewnego, uzyskał gas silvestre, przy czym węgiel „znikał”. Otrzymany gaz musiał zatem zawierać węgiel i tlen, czyli musiał być związkiem węgla z tlenem. Smithson Tannant wykazał to samo rozkładając gas silvestre na tlen i węgiel w 1791. Nazwę „kwas węglowy” dla wodnych roztworów dwutlenku węgla wprowadził Lavoisier (1783). Faraday skroplił CO2 (1823), a Thilorier zestalił ten związek (1835).
Od czasów Lavoisiera otrzymanie dwutlenku węgla zawsze było dowodem, że badana substancja zawiera pierwiastek węgla. W ten sposób udowodniono, że wszystkie substancje organiczne zawierają węgiel oraz, że grafit i diament są alotropowymi odmianami węgla.
Grafit i diament! Pierwszy – to substancja ciemnoszara, brudząca, nieprzezroczysta, o ciężarze właściwym 2,25 g/cm³, tak miękka, że można nią pisać na papierze (stad nazwa od greckiego wyrazu grafo – piszę); drugi – to piękne, przezroczyste kryształy o ciężarze właściwym 3,51 g/cm³, najtwardsza na świecie substancja naturalna, mająca wyjątkowo duży współczynnik załamywania światła. Diament odpowiednio szlifowany „rzuca” piękne ognie. Trudno sobie wyobrazić większe przeciwieństwa i różnice w stosunku do czarnego węgla, a jednak te trzy substancje: węgiel, grafit i diament są tylko alotropowymi odmianami tego samego pierwiastka.
W układzie okresowym węgiel znajduje się w grupie IV, będąc czołowym przedstawicielem głównej rodziny węglowców.
Węgiel jest wyraźnie pierwiastkiem niemetalicznym o wartościowości –4, jednak jego odmiana alotropowa – grafit, przewodzi już prąd elektryczny tak jak metale.