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그리고 자연에 미량으로 존재하는 <sup>14</sup>C, 즉 탄소 14는 방사성 원소로서 5730년의 [[반감기]]를 통하여 <sup>14</sup>N으로 변환되는 현상(반감기가 지나면 양이 절반씩 줄어든다)을 이용하여 약 500~5만 년 정도의 화석이나 고고학적 표본의 연대를 측정하는 [[방사성 탄소연대 측정법]]에 사용한다. 생물이 살아있을 때는 방사성 탄소도 계속 공급되다가 생물이 죽으면 더이상 탄소가 공급되지 않아 방사성 탄소의 양이 더이상 늘어나지 않고 <sup>14</sup>N로 변화한다.
 
=== 유기물 ===
{{본문|유기 화합물}}
{{본문|무기 화합물}}
유기물([[유기 화합물]], {{lang|en|organic Compounds}})는 구조의 기본 골격으로 탄소 원자를 갖는 [[화합물]]을 통칭한다. 이에 반하여 [[무기물]]([[무기 화합물]], {{lang|en|Inorganic Compunds}})은 탄소를 포함하지 않는 화합물의 통칭이나, 영어 명칭에서 보듯이, 유기물은 생명체의 활동에 의해 생기는 것이라는 의미로 생성된 명칭이어서, 탄소를 포함하지만 생물 유래가 아닌 화합물은 무기물로 분류한다.
 
=== 동소체 ===
[[File:Eight Allotropes of Carbon.png|thumb|300px|탄소 동소체: a) [[다이아몬드]]; b) [[흑연]]; c) [[론스달레이트]]; d–f) [[풀러렌]] (C{{sub|60}}, C{{sub|540}}, C{{sub|70}}); g) [[비정질 탄소]]; h) [[탄소 나노튜브]].]]
 
초고압에서 탄소는 [[다이아몬드]] 상을 가진다. 다이아몬드는 흑연보다 밀도가 두 배 가량 높다. 다이아몬드에서 각 탄소 원자들은 [[사면체]] 결합을 하고 있으며, [[규소]], [[게르마늄]]과 같은 [[등축정계|입방체]] 구조를 하고 있다. 다이아몬드는 매우 강한 공유결합을 하고 있어, 자연물 중에서는 [[모스 굳기계|경도가 가장 높은]] 물질이다. "다이아몬드는 영원하다"는 통념과는 반대로, 다이아몬드는 [[표준 온도 압력|STP]] 하에서 열역학적으로 불안정하며(Δ<sub>f</sub>''G''°(다이아몬드, 298&nbsp;K) = 2.9&nbsp;kJ/mol<ref>{{Cite journal |last=Rossini |first=F. D. |last2=Jessup |first2=R. S. |date=1938 |title=Heat and Free Energy of Formation of Carbon Dioxide and of the Transition Between Graphite and Diamond |url=http://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/jres/21/jresv21n4p491_A1b.pdf |journal=Journal of Research of the National Bureau of Standards |volume=21 |issue=4 |pages=491 |via= |doi=10.6028/jres.021.028}}</ref>) [[흑연]]으로 상전이한다.<ref name="therm prop"/> 하지만 활성화 에너지 장벽이 매우 높아서 [[표준 온도 압력|STP]]에서는 매우 느리게 일어나는 현상이다. 상도표에서 탄소의 저압, 저온 상태는 실험적으로 정확히 확인되지 않았지만, 밀도 함수 이론을 통한 연구를 통해 0 K, 0 Pa에서 다이아몬드가 흑연보다 1.1 kJ•molkJ·mol<sup>−1</sup> 더 안정하다는 사실을 밝혀냈다.<ref>{{Cite journal|last=Grochala|first=Wojciech|date=2014-04-01|title=Diamond: Electronic Ground State of Carbon at Temperatures Approaching 0 K|url=http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201400131/abstract|journal=Angewandte Chemie International Edition|language=en|volume=53|issue=14|pages=3680–3683|doi=10.1002/anie.201400131|issn=1521-3773}}</ref> 특정 조건에서 탄소는 다이아몬드처럼 모든 원자가 공유결합된 육방 결정 격자인 [[론스달레이트]] 상을 가진다.<ref name="lonsdaletite"/>
 
[[풀러렌]]은 합성 결정체로, 흑연과 비슷한 구조를 하고 있지만 육각형 고리로만 구성된 흑연과는 달리 오각형 또는 칠각형 고리를 가지고 있다. 탄소 원자들이 흑연 판에서 떨어져 나가거나 새로 추가되면 판은 구, 타원구, 원통 형태로 휘게 된다. 풀러렌은 [[버크민스터풀러렌]](버키볼), [[탄소 나노튜브]](버키튜브), [[탄소 나노돌기]]로 나눌 수 있다. 풀러렌의 특성은 아직 완전히 밝혀지지 않았으며, 나노 물질 분야에서 활발히 연구되고 있다. 풀러렌과 버크민스터풀러렌(버키볼)이라는 명칭은 디오데식 돔의 발명가인 [[리처드 버크민스터 풀러]]의 이름을 딴 것이다. 버크민스터풀러렌은 [[삼각피라미드 분자 구조]]를 하고 있는 고분자 물질이며, 회전 타원체 형태이다. (가장 잘 알려져 있고 단순한 것은 축구공 모양의 C{{sub|60}} 버크민스터풀러렌이다<ref name="buckyballs"/>) 탄소 나노튜브는 버크민스터풀러렌과 구조적으로 비슷하지만, 속이 빈 [[원기둥|원통]] 형태로 굽은 판에서 각 원자들이 삼각피라미드 구조로 결합해 있다.<ref name="nanotubes"/><ref name="nanotubes2"/> 탄소 나노돌기는 2007년에 처음 밝혀졌으며, 버크민스터풀러렌이 탄소 나노튜브에 공유결합되어 있다. <ref name="nanobuds"/>
 
2015년, 노스 캐롤라이나 주립 대학의 한 연구팀은 비정질 탄소 분말에 짧은 시간동안 고에너지 레이저를 쏘아, [[Q-탄소]]라 명명한 새로운 탄소 동소체를 발견했다. Q-탄소는 강자성이자 형광 물질이고, 다이아몬드보다 경도가 높은 것으로 밝혀졌다.<ref>{{Cite web|url=https://news.ncsu.edu/2015/11/narayan-q-carbon-2015/|title=Researchers Find New Phase of Carbon, Make Diamond at Room Temperature|website=news.ncsu.edu|access-date=2016-04-06|deadurl=no|archiveurl=https://web.archive.org/web/20160406002158/https://news.ncsu.edu/2015/11/narayan-q-carbon-2015/|archivedate=2016-04-06|df=}}</ref>
 
=== 유기물 ===
{{본문|유기 화합물}}
{{본문|무기 화합물}}
유기물([[유기 화합물]], {{lang|en|organic Compounds}})는 구조의 기본 골격으로 탄소 원자를 갖는 [[화합물]]을 통칭한다. 이에 반하여 [[무기물]]([[무기 화합물]], {{lang|en|Inorganic Compunds}})은 탄소를 포함하지 않는 화합물의 통칭이나, 영어 명칭에서 보듯이, 유기물은 생명체의 활동에 의해 생기는 것이라는 의미로 생성된 명칭이어서, 탄소를 포함하지만 생물 유래가 아닌 화합물은 무기물로 분류한다.
 
=== 탄산 ===