S každým dalším desetiletím jsou objevovány nové alotropní odrůdy uhlíku . Dnes se již jejich hypotetický počet odhaduje kolem 500. Jiný takto všestranný prvek na světě neexistuje.
Stručná charakteristika uhlíku
Uhlík (C) je prvek klasifikovaný jako nekov s atomovým číslem 6. To znamená, že má šest protonů v jádře a stejný počet elektronů v neionizované formě. Přestože je v zemské kůře poměrně vzácný, tvoří více sloučenin než jakýkoli jiný prvek . Je klíčovým prvkem všech živých organismů; buduje strukturu bílkovin, sacharidů a tuků. V atmosféře je přítomen jako oxid uhličitý (CO 2 ), což je jedna z fází koloběhu uhlíku v přírodě.
Jaké jsou odrůdy alotropního uhlíku?
Struktura složená z atomů uhlíku může mít mnoho fyzikálních podob. Tento jev se označuje jako alotropní uhlíkové variety . Alotropie je jev, který postihuje velké množství kovů i nekovů. Nastává, když jsou různé odrůdy daného prvku přítomny ve stejném fyzikálním stavu a mají různé chemické a fyzikální vlastnosti . Mohou mít krystalickou nebo molekulární strukturu a liší se počtem atomů v molekule. Nejznámější alotropní odrůdy uhlíku vyskytující se v přírodě jsou grafit a diamant , extrémně odlišné barvou, strukturou a měkkostí. Kromě toho se vědcům podařilo v laboratorních podmínkách vytvořit desítky dalších odrůd. 
Grafit – všestranný minerál
Není náhodou, že grafit obvykle spojovaný s tužkou je měkký, šedočerný minerál , mastný a špinavý na dotek. Je také výborným vodičem elektřiny a tepla, je nerozpustný ve vodě a má mazací vlastnosti. Vyskytuje se ve dvou typech struktur: hexagonální a trigonální a jeho atomy jsou spolu spojeny sítí rovnoběžných rovin. Stejně jako ostatní uhlíkové allotropy je grafit odolný vůči vysokým teplotám. Používá se k výrobě elektrod a kelímků, ohnivzdorných nádob a žáruvzdorných cihel. Kromě toho se používá při výrobě maziv, antikorozních barev a leštících prostředků. Grafit se v přírodě vyskytuje v metamorfovaných horninách, jako jsou grafitové břidlice a krystalické břidlice. V současnosti je jejím největším producentem Čína. Pro komerční účely se grafit získává pyrolýzou antracitu v dusíkové atmosféře.
Diamant – nejvzácnější drahokam
Je těžké najít dva více různých uhlíkových allotropů než diamant a grafit. Diamant je nejtvrdší minerál na světě, hodnocený 10 na 10bodové Mohsově stupnici. Vyskytuje se jako oktaedrické nebo hexaedrické krystaly s vysokým leskem a částečnou průhledností. Nejvzácnější diamanty jsou bezbarvé , ale vlivem znečištění mohou také zežloutnout, zrůžovit, zmodrat nebo zhnědnout. Nevedou elektrický proud, ale jsou dobrými vodiči tepla. Jejich povrch sice může poškrábat pouze jiný diamant, ale jsou poměrně křehké. Přírodní diamanty se vyskytují především v primárních ložiskách kimberlitu a drti vzniklých translokací. Kameny nejvyšší kvality se používají především ve šperkařství. Po patřičném vyleštění se jim říká diamanty a na mezinárodním trhu dosahují závratných cen. Důležitou průmyslovou surovinou jsou také diamanty nižší kvality a synteticky získané krystaly. Pro svou tvrdost se používají při výrobě čepelí, vrtáků a brusiv. Diamanty se také používají k výrobě prvků lékařského a vědeckého vybavení, tvrdoměrů a tepelně vodivých past. 
Fullereny, tj. alotropy sazí
V přírodě se fullereny vyskytují i v menším množství. Jsou to hnědé nebo černé průsvitné pevné látky s kovovým leskem. Jejich molekuly se skládají z většího množství atomů uhlíku – od 28 až po dokonce 1 500. Tyto relativně nedávno objevené alotropní uhlíkové odrůdy se skládají z mnoha různých struktur. Za nejodolnější jsou považovány sférické částice C60 tvořící krystaly, známé také jako „buckyball“. Kromě toho mohou mít fullereny také vícevrstvou formu (tzv. nanobubliny ) nebo válcovou (tzv. nanotrubice ). Fullereny mají nízkou chemickou aktivitu a jsou nerozpustné ve vodě. Mají polovodičové a supravodivé vlastnosti. Díky tomu jsou široce používány v elektronickém, optickém, biomedicínském a nanotechnologickém průmyslu. Zvláštní pozornost si zaslouží jejich antioxidační a farmakologický potenciál. Díky své struktuře a biokompatibilitě mohou působit jako nosiče léčiv. Fullereny se získávají hlavně ze sazí. K tomuto účelu se používá řada rozpouštědel, která umožňují separaci specifických typů molekul. Alternativně je lze získat z jiného uhlíkového alotropu – grafitu bombardovaného laserovým paprskem ve vakuu.
Grafen – dvourozměrný uhlík
Jedním z posledních objevených uhlíkových allotropů je grafen . Jedná se o plochou strukturu tvořenou jednotlivými atomy uhlíku uspořádanými do tvaru plástů. Jelikož má tloušťku jednoho atomu, je konvenčně považován za dvourozměrný materiál. Grafen je vynikající vodič tepla a elektřiny. Mezi jeho největší přednosti patří také transparentnost a extrémně vysoká rychlost toku elektronů – dokonce vyšší než u křemíku. Kromě toho je grafen extrémně tvrdý a odolný vůči roztahování. Tyto vlastnosti znamenají, že grafen může nahradit křemík v elektronickém průmyslu . Mezi jeho současné i budoucí aplikace patří výroba vysokorychlostních tranzistorů, rolovatelných dotykových displejů a fotovoltaických modulů s bateriemi pro akumulaci energie. Podobně jako jiné uhlíkové alotropy lze grafen využít jako nosič léků, surovinu pro tkáňové inženýrství a dokonce i jako prostředek v onkologické terapii. Grafen lze získat mnoha různými způsoby. V dnešní době se nejvíce využívá chemické nanášení z plynné fáze (CVD) a termický rozklad karbidu křemíku. Původní metoda oddělování vrstvy atomů uhlíku pomocí lepicí pásky se také někdy používá pro laboratorní účely. 
Cyklokarbon
Ještě novější alotropní odrůda uhlíku než grafen se nazývá cyklokarbon . Tvoří kruh složený z 18 atomů uhlíku. Střídají se mezi nimi jednoduché a trojné vazby. Stejně jako grafen má i cyklokarbon tloušťku pouze jednoho atomu. První odhady však ukazují, že jde o polovodič. Jeho další vlastnosti zůstávají neznámé. Podle vědců bude možné vytvořit cyklouhlovodíky s různým počtem atomů v kruhu. Mezi jejich potenciální využití patří miniaturizace elektronických zařízení .
Jiné druhy alotropního uhlíku
Karbon i přes svou obyčejnost zůstává jedním z nejvíce fascinujících prvků. Stále probíhají výzkumy k lepšímu využití jeho vlastností. Alotropní odrůdy uhlíku se v tomto ohledu zdají být zvláště slibné. Zajímavým polymerem, který zatím zůstává ve sféře hypotetických úvah, je karbyne . Tento název se týká řetězce tvořeného atomy uhlíku s potenciální silou 40krát větší než má diamant. Tento materiál je však natolik nestabilní, že se dosud vyráběl pouze uvnitř nanotrubice. Další slibnou alotropní odrůdou uhlíku je takzvaný Q-uhlík . Má trojrozměrnou strukturu, ve které atomy uhlíku tvoří tři ligandy. Jeho pravděpodobné aplikace zahrnují zlepšení skladování energie v lithiových bateriích. Kromě toho známe také uhlíkovou nanopěnu , porézní krystalickou strukturu s magnetickými vlastnostmi. Saze jsou také specifickou amorfní alotropní odrůdou uhlíku. Budoucnost ukáže, jak budou tyto a další unikátní uhlíkové struktury využity. Na světě je nadbytek prvku, takže rozvoj technologií by neměl ohrožovat stabilitu zdrojů ani přírodní prostředí. Ve skutečnosti existuje velká šance, že alotropní druhy uhlíku pomohou lépe hospodařit s energií a zlepšit mnoho průmyslových procesů.
