Elementtihiili on ei-metallinen materiaali, joka sisältää kuusi elektronia. Hiiltä, hiilen muotoa, on käytetty esihistoriallisista ajoista lähtien. Nimi hiili tulee latinalaisesta sanasta carbo, joka tarkoittaa hiiltä. Hiiltä löytyy orgaanisesta materiaalista, kuten kasveista ja eläimistä, sekä epäorgaanisista materiaaleista, kuten mineraaleista ja malmeista. Alkuainehiili tarkoittaa hiilen epäorgaanisia muotoja, joita löytyy kiteisistä ja amorfisista muodoista.
Kiteisissä muodoissa on alkuainehiiliatomeja järjestettynä säännölliseen kuvioon, kun taas amorfisissa muodoissa olevilla hiiliatomeilla ei ole säännöllisiä kuvioita. Alkuainehiilen kaksi kiteistä muotoa ovat timantit ja grafiitti. Timanttikiteinen rakenne muodostuu siitä, että jokainen hiiliatomi luo kovalenttisen sidoksen jakamalla elektroniparin neljän muun hiiliatomin kanssa. Kovalenttiset sidokset ovat vahvimmat ihmiskunnan tuntemat kemialliset sidokset. Timantit ovat vaikeimpia tunnettuja aineita ja vähiten haihtuvia, joiden sulamispiste on 6,242 3,550 ° F (XNUMX XNUMX ° C).
Grafiitin kiteinen rakenne muodostuu hiiliatomeista, jotka luovat tiukat kuusikulmaiset siteet muiden atomien kanssa samassa tasossa, ja löysemmän sidoksen eri tasojen atomien välillä. Tasojen välinen löysä side tekee grafiitista erittäin pehmeän ja mahdollistaa grafiitin käytön voiteluaineena. Toisin kuin timantit, grafiitti on hyvä sähköjohdin.
Ennen vuotta 1955 kaikki timantit olivat peräisin luonnon talletuksista. Vuonna 1955 laboratoriokokeet osoittivat, että korkean paineen ja lämpötilan soveltaminen grafiittiin katalyytin läsnä ollessa voi synteettisiä timantteja. Synteettisiä timantteja käytetään enimmäkseen teollisiin tarkoituksiin.
Amorfista hiiltä syntyy, kun hiiltä sisältävä materiaali poltetaan ilman riittävästi happea täydellisen palamisen mahdollistamiseksi. Tuloksena olevaa mustaa hiiltä voidaan käyttää kuivakennoisten akkuytimien, musteiden ja maalien luomiseen, ja se on kriittinen elementti kumituotteiden valmistuksessa. Musta hiili on myös metsäpalojen ja polttoaineiden riittämättömän polttamisen sivutuote autoissa, tuotantolaitoksissa ja hiilipohjaisessa sähköntuotannossa. Dieselpolttoaine muodostaa palamisen aikana enemmän mustaa hiiltä kuin bensiini. Musta hiili voi aiheuttaa sekä terveys- että ympäristöongelmia.
Hieno hiukkas, joka voi aiheuttaa terveysongelmia, on amorfinen alkuainehiili. Astma ja krooninen keuhkoputkentulehdus on yhdistetty mustaan hiileen, ja on jonkin verran näyttöä siitä, että musta hiili tai noki voivat lisätä emfyseeman ja keuhkosyövän riskiä. Musta hiili on myös ilmastonmuutoksen tekijä. Koska musta hiili pysyy ilmakehässä viikkoja eikä vuosisataa hiilidioksidia, mustan hiilen vähentämistä pidetään yhtenä nopeimmista tavoista mahdollisesti vähentää ilmastonmuutoksen vaikutuksia.