Carbon is a Group 14 elem and is distributed very widely in nature. A nap, a csillagok, az üstökösök és a legtöbb bolygó légkörében bőségesen megtalálható. A szén a légkörben szén-dioxidként jelen van, és minden természetes vízben feloldódik. A kőzetek egyik alkotóeleme a kalcium (mészkő), magnézium és vas karbonátjai. A Mars légköre nagyon vékony, de ami van, körülbelül 95% CO2-t tartalmaz.

a szén, a kőolaj és a földgáz elsősorban szénhidrogének. A szén egyedülálló az elemek között a sokféle vegyület összetételében. A szerves kémia, a szervetlen kémia 1/112. részhalmaza a szén és vegyületeinek vizsgálata. Míg a szilícium helyettesítheti a szén helyét számos kapcsolódó vegyület kialakításában, jelenleg nem lehetséges stabil vegyületek kialakítása nagyon hosszú szilíciumatomláncokkal.

a szén a természetben három allotróp formában található szabadon: amorf, grafit és gyémánt. A grafit az egyik legpuhább ismert anyag, míg a gyémánt az egyik legnehezebb. A szén, mint mikroszkopikus gyémánt, néhány meteoritban megtalálható. A természetes gyémántok megtalálhatók az ősi vulkáni “csövekben”, például Dél-Afrikában. A gyémántokat A Jó Remény fokának óceánfenékéről is visszanyerik.

gyémántgyűrű.

újabban felfedezték a szén egy másik formáját, a Buckminsterfullerene-t, a C60-at. A szén ezen formája ma nagy érdeklődést mutat a kutatólaboratóriumok iránt.

A tiszta szén számos különböző formában (allotróp) kapható. A tiszta szén leggyakoribb formája az α-grafit. Ez a termodinamikailag legstabilabb forma is. A gyémánt a szén második formája, de sokkal kevésbé gyakori. A szén egyéb formái közé tartoznak a fullerének. Míg a gyémánt és a grafit végtelen rácsok, a fullerének, mint például a Buckminsterfullerén, a C60 egy diszkrét molekuláris faj. A szén Amorf formái, mint például a korom és a lámpafény, nagyon apró grafitrészecskékből álló anyagok.

a legtöbb grafit α-grafit, és olyan rétegszerkezettel rendelkezik, amelyben minden egyes szén közvetlenül kapcsolódik három másik szénatomhoz 141,5 pm távolságban. A kötés delokalizációja nyilvánvaló, mivel a C-C távolságok egyenlőek és rövidebbek, mint a normál szén-szén egyetlen kötések (tipikusan 154 pm). A szénatomok rétegei közötti távolság 335,4 pm. A legtöbb grafitban (α-grafit) az atomrétegek ABABABBAN vannak elrendezve… ismételje meg a divatot, de a β-forma (rombohedral) a halmozás ABCABCABC… bár a szén-szén távolság és a közbenső réteg távolsága ugyanaz marad, mint az α-formában. Az α-És α-grafit entalpia különbsége kisebb, mint 1 kJ mol-1 (0,59 ± 0,17 kJ mol-1. A grafitnak megfelelő nehezebb elemek formái nem ismertek, és a szilícium, a germánium és a szürke ón szerkezete (lent) a gyémánt szerkezetéhez kapcsolódik.

Atom elrendezések a szén leggyakoribb allotropjaiban: α-grafit.

mivel a gyémánt valamivel kompaktabb szerkezetű, sűrűsége nagyobb, mint a grafité. A gyémánt megjelenése jól ismert, egyben az egyik legnehezebb anyag. A grafithoz hasonlóan viszonylag nem aktív, de 600-800°C-on levegőben ég. Minden szénatom négy szomszédhoz van kötve 154.45 pm távolságban tetraéderes módon, így minden gyémántkristály egyetlen óriási rácsszerkezet. Elvileg (és a gyakorlatban is!) a grafit hő és nyomás alkalmazásával gyémántdá alakítható. A gyémánt egységcellája köbös, a = 356,68 pm. Szinte minden gyémánt rendelkezik ezzel a szerkezettel, de nagyon kis százalékban a wurtzithez kapcsolódó hatszögletű szerkezetet mutatnak, ezeket lonsdaleite-nek hívják.

Crystal strucutres of diamond.

a közelmúltban egy másik szén allotrópot jellemeztek. Míg a gyémánt és a grafit végtelen rácsok, a Buckminsterfullerene, a C60 egy diszkrét molekulafaj. A buckminsterfullerén molekula 12 pentagonból és 20 hatszögből álló hálóból áll. A hatás nagyon hasonlít a patchwork 12 ötszögletű, 20 hatszögletű darab bőr, hogy varrott össze, hogy egy labdarúgó szövetség (futball labda). A buckminsterfullerene (vagy buckyball) nevet a C60 és R. Buckminster Fuller geodéziai kupolamintáinak szerkezete közötti kapcsolat miatt alkották meg. A Buckminsterfullerene már kereskedelmi forgalomban kapható, és a csillagközi térben és koromban is azonosították.

C60, Buckminsterfullerene.

más fullerének (zárt szén ketrecek), például a C60 és C84 is ismertek, és a kereskedelemben kapható inded. A legkisebb lehetséges fullerén a dodekaéderes C20, amely 12 pentagonból áll, és egyáltalán nem hatszög. A nanocsövek a fullerénekhez kapcsolódnak. Ezek csövek, amelyek hengerelt grafit megjelenését adják, bár grafitból készülnek. Nyitva vannak, míg a fullerének zárt szerkezetek.

a fullerének egyik érdekes tulajdonsága, hogy képesek olyan atomokat, mint a kálium és más alkálifémek, hogy endohedrális szerkezeteket hozzanak létre, amelyeket K@C60-nak neveznek.

1961-ben az International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) elfogadta a 12C izotópot az atomsúlyok alapjaként. A szén-14, 14C, egy izotóp, amelynek felezési ideje 5730 év, eddig olyan anyagokat használnak, mint a fa, a régészeti példányok stb. A szén-13, 13C különösen hasznos az izotópos címkézési vizsgálatokban, mivel nem radioaktív, hanem spin I = 1/2 mag, ezért jó NMR mag.