Алотропски модификации на јаглеродот

Јаглеродот е способен да формира многу алотропи (структурно различни форми на ист елемент) поради неговата валентност (тетравалентност). Добро познати форми на јаглерод вклучуваат дијамант и графит. Во последниве децении, многу повеќе алотропи биле откриени и истражени, вклучително и форми на топчиња како што се бакминстерфулерен и листови како графен. Структурите на јаглерод со поголеми размери вклучуваат наноцевки, нанопупки и нанопанделки. Други необични форми на јаглерод постојат при многу високи температури или екстремни притисоци. Околу 500 хипотетички 3-периодични алотропи на јаглеродот во моментов се познати, според Базата на податоци за јаглеродни алотропи на Самара (SACADA).
1 Атомски и двоатомски јаглерод
Под одредени услови, јаглеродот може да се пронајде во неговата атомска форма. Може да се формира преку испарување на графит, со поминување на големи електрични струи за да се формира јаглероден лак под многу низок притисок. Тој е исклучително реактивен, но е среден производ кој се користи во создавањето на карбени.
Двоатомски јаглерод, исто така, може да се пронајд под одредени услови. Често се открива преку спектроскопија во вонземски тела, вклучувајќи комети и одредени ѕвезди.
2 Дијамант
''Дијамантот'' е добро познат алотроп на јаглеродот. Тврдоста, екстремно високиот показател на прекршување и високата дисперзија на светлината го прават дијамантот корисен за индустриски употреби и за накит. Дијамантот е најтврдиот познат природен минерал. Ова го прави одличен абразив и го прави да поседува лак и сјај исклучително добро. Ниту една позната природна супстанција не може да сече или изгребе дијамант, освен друг дијамант. Во форма на дијамант, јаглеродот е еден од најскапите елементи.
Кристалната структура на дијамантот претставува коцкаст кристален систем и има осум атоми по единица ќелија за да формира дијамантска кубна структура. Секој јаглероден атом е ковалентно поврзан со четири други јаглероди во тетраедрална геометрија. Овие тетраедари заедно формираат 3-димензионална мрежа од шестчлени јаглеродни прстени во циклохексанската конформацијата, овозможувајќи нула напрегање на аголот на врската. Врската се јавува преку sp<sup>3</sup> хибридизирани орбитали за да се добие должина на C-C врска од 154 пикометри. Оваа мрежа на незатегнати ковалентни врски го прави дијамантот исклучително силен. Дијамантот е топлинскодинамички помалку стабилен од графитот при притисок под GPa.
Доминантната индустриска употреба на дијамантот е сечење, дупчење, брусење и полирање. Повеќето употреби на дијаманти во овие технологии не бараат големи дијаманти, а повеќето дијаманти кои не се квалитетни на скапоцени камења можат да најдат индустриска употреба. Дијамантите се вградени во врвовите на дупчалката и сечилата на пилата или се мелат во прав за употреба при мелење и полирање (поради неговата извонредна тврдост). Специјализираните употреби вклучуваат употреба во лаборатории како складирање за експерименти со висок притисок, лежишта со високи перформанси и специјализирани прозорци на технички апарати.
Пазарот за дијаманти од индустриска класа функционира многу поинаку од неговиот пандан од скапоцен камен. Индустриските дијаманти се вреднуваат најмногу поради нивната тврдина и топлинска спроводливост, што ги прави многу од гемолошките карактеристики на дијамантот, вклучително и јасноста и бојата, главно ирелевантни. Ова помага да се објасни зошто 80% од ископаните дијаманти (еднакво на околу 100 милиони карати или 20 тони годишно) се несоодветни за употреба како скапоцени камења и познати како ''борт'', се наменети за индустриска употреба. Покрај ископаните дијаманти, синтетичките дијаманти пронашле индустриска примена речиси веднаш по нивното откривање во 1950-тите; уште 400 милиони карати (80 тони) синтетички дијаманти се произведуваат годишно за индустриска употреба, што е речиси четири пати поголема од масата на природните дијаманти ископани во истиот период.
Со континуираниот напредок што се постигнува во производството на синтетички дијаманти, идните употреби почнуваат да стануваат остварливи. Можната употреба на дијамант како полупроводник погоден за изградба на микрочипови или употребата на дијамант како ладилник во електрониката е се почеста. Во тек се значајни истражувачки напори во Јапонија, Европа и Соединетите Американски Држави за да се искористи потенцијалот што го нудат уникатните материјални својства на дијамантот, во комбинација со зголемениот квалитет и квантитет на понудата што почнува да станува достапна од производителите на синтетички дијаманти.
3 Графит
''Графитот'', именуван од Абрахам Готлоб Вернер во 1789 година, од грчкиот γράφειν (, „да црта/пишува“, за неговата употреба во моливи) е еден од најчестите алотропи на јаглеродот. За разлика од дијамантот, тој е електричен проводник. Така, графитот може да се користи, на пример, во електроди за електрични лачни светилки. Исто така, во стандардни услови, графитот претставува најстабилната форма на јаглерод. Затоа, се користи во термохемијата како стандардна состојба за дефинирање на топлината на формирање на јаглеродни соединенија.
Графитот спроведува електрицитет поради делокализацијата на електроните на пи врската над и под рамнините на јаглеродните атоми. Овие електрони се слободни да се движат, и на тој начин се способни да спроведат електрична енергија. Сепак, електричната енергија се спроведува единствено по рамнината на слоевите. Во дијамантот, сите четири надворешни електрони на секој јаглероден атом се „локализирани“ помеѓу атомите во ковалентно поврзување. Движењето на електроните е ограничено и дијамантот не спроведува електрична струја. Во графитот, секој јаглероден атом користи единствено 3 од своите 4 електрони на надворешно ниво на енергија во ковалентно поврзување со три други јаглеродни атоми во рамнина. Секој јаглероден атом придонесува по еден електрон во делокализиран систем на електрони кој исто така е дел од хемиското поврзување. Делокализираните електрони се слободни да се движат низ рамнината. Поради оваа причина, графитот спроведува електрицитет по рамнините на јаглеродните атоми, но не спроведува струја во насока под прав агол на рамнината.
Графитниот прав може да се користи како суво мазиво. Иако може да се смета дека ова индустриски важно својство целосно се должи на лабавата меѓуслојна спојка помеѓу листовите во структурата, всушност во вакуумско опкружување (како што е во технологиите за употреба во вселената), графитот е многу лошо мазиво. Овој факт довел до откритие дека подмачкувањето на графитот се должи на адсорбираниот воздух и вода помеѓу слоевите, за разлика од другите слоевити суви мазива како што е молибден дисулфидот. Неодамнешните студии сугерираат дека ефектот наречен суперлубричност, исто така, може да го објасни овој ефект.
Кога голем број кристалографски дефекти (физички) ги поврзуваат овие рамнини, графитот ги губи своите својства за подмачкување и станува пиролитички јаглерод, корисен материјал во имплантите што контактираат со крв, како што се протезиските срцеви залистоци.
Графитот е најстабилниот алотроп на јаглеродот. Спротивно на популарното верување, графитот со висока чистота не гори лесно, дури и при покачени температури. Поради оваа причина, тој се користи во јадрени реактори и во садници со висока температура за топење метали. При многу високи температури и притисоци (околу 2000 °C и 5 GPa), може да се претвори во дијамант.
Природните и кристалните графити не се користат често во чиста форма како структурни материјали поради нивните рамнини на смолкнување, кршливост и непостојани механички својства.
Во неговите чисти стаклени (изотропни) синтетички форми, пиролитичкиот графит и графитот од јаглеродни влакна се исклучително силни, отпорни на топлина (до 3000 °C), кои се користат во штитови за повторно влегување за ракетни шила, цврсти ракетни мотори, реактори со висока температура, за сопирачки и четки за електрични мотори.
Нагорните или експанзивните графити се користат во противпожарни заптивки, поставени околу периметарот на противпожарната врата. За време на пожар, графитот се користи за да се спротивстави на пенетрацијата на пожарот и да спречи ширење на гасови. Вообичаената ''температура за проширување'' (SET) е помеѓу 150 и 300 степени °C.
Специфичната тежина на графитот е 2,3, што го прави помалку густ од дијамантот.
Графитот е малку пореактивен од дијамантот. Тоа е затоа што реактантите се способни да навлезат помеѓу седумаголните слоеви на јаглеродни атоми во графитот. Не е под влијание на обичните растворувачи, разредените киселини или споени алкалии. Сепак, хромската киселина ја оксидира до јаглерод диоксид.
3.1 Графен
Еден слој од графит се нарекува графен и поседува извонредни електрични, топлински и физички својства. Може да се произведе со епитаксија на изолациска или спроводна подлога или со механичка ексфолијација (повторено лупење) од графит. Нејзините употреби може да вклучуваат замена на силикон во електронски уреди со високи перформанси. Со наредени два слоја, двослојниот графен резултира со различни својства.
3.2 Лонсдејлит (шестаголен дијамант)
Лонсдејлит е алотроп понекогаш наречен „ шестаголен дијамант“, формиран од графит присутен во метеоритите при нивното влијание врз земјата. Големата топлина и притисок од ударот го претвараат графитот во погуста форма слична на дијамант, но задржувајќи ја шестаголната кристална структура на графитот. „Шестаголен дијамант“ е исто така добиен во лабораторија, со компресирање и загревање на графит или во статична преса или со употреба на експлозив. Може да се произведе и со топлинско разложување на полимер, поли(хидридокарбин), при атмосферски притисок, под атмосфера на инертен гас (на пр. аргон, азот), почнувајќи од температура .
3.3 Графенилен
Графенилен е еднослоен јаглероден материјал со подединици кои се слични на бифенилен како темел во неговата шестаголна решеткаста структура. Познат е и како бифенилен-јаглерод.
3.4 Карбофен
Карбофенот е дводимензионална ковалентна органска рамка. 4-6 карбофен е синтетизиран од 1-3-5 трихидроксибензен. Се состои од 4-јаглеродни и 6-јаглеродни прстени во сооднос 1:1. Аглите помеѓу трите σ-врски на орбиталите се приближно 120°, 90° и 150°.
3.5 АА'-графит
АА'-графит претставува алотроп на јаглерод сличен на графитот, но каде што слоевите се позиционирани различно едни на други во споредба со редоследот на графитот.
3.6 Дијаман
Дијаман претставува 2Д форма на дијамант. Може да се направи со помош на високи притисоци, но без тој притисок, материјалот се враќа во графен. Друга техника е да се додадат атоми на водород, но тие врски се слаби. Наместо тоа, користењето флуор (ксенон-дифлуорид) ги доближува слоевите, зацврстувајќи ги врските. Ова се нарекува f-дијаман.
4 Аморфен јаглерод
''Аморфен јаглерод'' е името кое се користи за јаглерод кој нема никаква кристална структура. Како и кај сите стаклени материјали, може да се забележи одреден редослед на краток дострел, но не постои модел на атомски местоположби на долг дострел. Додека може да се произведе целосно аморфен јаглерод, најголемиот дел од аморфниот јаглерод содржи микроскопски кристали од јаглерод сличен на графит, или дури и сличен на дијамант.
Јагленот и саѓите или црниот јаглерод се неформално наречени аморфни јаглерод. Сепак, тие се производи на пиролиза (процес на разградување на супстанцијата со дејство на топлина), која не произведува вистински аморфен јаглерод во нормални услови.
5 Нанојаглероди
5.1 Бакминстерфулерен
''Бакминстерфулерен'', или обично само ''фулерени'' бил откриен во 1985 година од тим научници од Универзитетот Рајс и Универзитетот во Сасекс, од кои тројца биле наградени со Нобеловата награда за хемија во 1996 година. Тие се именувани поради сличноста со геодетските структури осмислени од Ричард Бакминстер „Баки“ Фулер. Фулерените се позитивно закривени молекули со различни големини, составени целосно од јаглерод, кои имаат форма на шуплива сфера, елипсоид или цевка (верзијата C60 ја има истата форма како и традиционалната зашиена фудбалска топка).
Почнувајќи од почетокот на 21 век, хемиските и физичките својства на фулерените сè уште се предмет на големо проучување, и во чисти и во применети истражувачки лаборатории. Во април 2003 година, фулерените биле под проучување за потенцијална медицинска употреба — врзување на специфични антибиотици за структурата за таргетирање на резистентни бактерии, па дури и на одредени канцерогени клетки како што е меланом.
5.2 Јаглеродни наноцевки
Јаглеродните наноцевки се цилиндрични јаглеродни молекули со нови својства што ги прават потенцијално корисни во широк спектар на употреба (на пр., нано-електроника, оптика, употреба за материјали итн.). Тие покажуваат извонредна сила, уникатни електрични својства и се ефикасни спроводници на топлина. Синтетизирани се и нејаглеродни наноцевки. Јаглеродните наноцевки се членови на структурното семејство на фулерен, кое исто така вклучува и бакитопки (Бакминстерфулерен). Со оглед на тоа што баки топките се сферични во форма, наноцевката е цилиндрична, со барем еден крај обично покриен со полутопка од структурата на бакитопката. Нивното име е изведено од нивната големина, бидејќи пречникот на наноцевката е од редот на неколку нанометри (приближно 50.000 пати помал од ширината на човечко влакно), додека тие можат да бидат во должина до неколку сантиметри. Постојат два главни типа на наноцевки: наноцевки со еден ѕид (SWNT) и наноцевки со повеќе ѕидови (MWNTs).
5.3 Јаглеродни нанопупки
''Јаглеродните нанопупки'' претставуваат новооткриен алотроп на јаглерод во кој фулерен како „пупки“ се ковалентно прикачени на надворешните странични ѕидови на јаглеродните наноцевки. Овој хибриден материјал има корисни својства и на фулерените и на јаглеродните наноцевки. На пример, било откриено дека тие се исклучително добри емитери на електрополе.
5.4 Шварцити
Шварцитите се негативно закривени јаглеродни површини кои имаат тридимензионален геометриски облик на јаглеродни атоми со закривена површинаГеометриската топологија на структурата е одредена од присуството на дефекти на прстенот, како што се седумаголници и осумаголници, на шестаголна решетка на графен. (Негативната закривеност ги свиткува површините нанадвор како седло наместо да се наведнува навнатре како сфера.)
Неодамнешната работа предложила дека јаглерод со зеолит (ZTCs) може да биде шварцити. Името, ZTC, потекнува од нивното потекло во порите на зеолитите, кристални силициум диоксид минерали. Пареа од молекули што содржат јаглерод се инјектира во зеолитот, каде што јаглеродот се собира на ѕидовите на порите, создавајќи негативна крива. Распуштањето на зеолитот го остава јаглеродот. Тим генерирал структури со украсување на порите на зеолит со јаглерод преку методот Монте Карло. Некои од добиените модели наликуваат на структури слични на шварцитот.
6 Стаклен јаглерод
''Стаклениот јаглерод'' е класа на јаглерод што не графитизира, широко е користен како електроден материјал во електрохемијата, како и за тигели со висока температура и како компонента на некои протетски уреди.
За прв пат бил произведен од Бернард Редферн во средината на 1950-тите во лабораториите на The Carborundum Company, Манчестер, Обединето Кралство. Тој тргнал да развие полимерна матрица за да ја отслика структурата на дијамант и открил дека смола од фенолна, со специјална подготовка, би се стегала без катализатор. Користејќи ја оваа смола, бил произведен првиот стаклен јаглерод.
Подготовката на стаклениот јаглерод вклучува подложување на органските прекурсори на серија топлински третмани на температури до 3000 °C. За разлика од поголемиот број на јаглероди кои не се графитизираат, тие се непропустливи за гасови и хемиски се екстремно инертни, особено оние кои се подготвуваат на многу високи температури. Било докажано дека стапките на оксидација на одредени стаклени јаглероди во кислород, јаглерод диоксид или водена пареа се пониски од оние на кој било друг јаглерод. Тие се исто така многу отпорни на напади од киселини. Така, додека нормалниот графит се намалува во прав со мешавина од концентрирана сулфурна и азотна киселина на собна температура, стаклениот јаглерод не е засегнат од таквиот третман, дури и по неколку месеци.
7 Јаглеродна нанопена
''Јаглеродна нанопена'' е петтиот познат алотроп на јаглеродот, кој бил откриен во 1997 година од Андреј В. Роде и соработниците од Австралискиот национален универзитет во Канбера. Се состои од кластер-склоп на јаглеродни атоми со мала густина нанижани заедно во лабава тридимензионална мрежа.
Секој кластер има ширина од околу 6 нанометри и се состои од околу 4000 јаглеродни атоми поврзани во листови слични на графит на кои им е дадена негативна кривина со вклучување на седумаголници меѓу правилниот шестаголен модел. Ова е спротивно од она што се случува во случајот со бакминстерфулерените, во кои јаглеродните листови добиваат позитивна кривина со вклучување на петаголници.
Големата структура на јаглеродната нанопена е слична на онаа на аерогелот, но со 1% од густината на претходно произведените јаглеродни аерогели - само неколку пати поголема од густината на воздухот на нивото на морето. За разлика од јаглеродните аерогели, јаглеродната нанопена е лош електричен проводник.
8 Јаглерод добиен од карбид
Јаглеродот добиен од карбид (ЈДК) е фамилија на јаглеродни материјали со различна геометрија на површината и распоред на јаглерод кои се произведуваат преку селективно отстранување на металите од прекурсори на метални карбиди, како што се TiC, SiC, ,, итн. Оваа синтеза се постигнува преку употреба на третман со хлор, хидротермална синтеза или високотемпературна селективна десорпција на метал под вакуум. Во зависност од методот кој се употребува на синтеза, карбидниот прекурсор и параметрите на реакцијата, може да се постигнат повеќе јаглеродни алотропи, вклучително и ендохедрални честички кои се составени претежно од претежно аморфен јаглерод, јаглеродни наноцевки, епитаксијален графен, нанокристален дијамант и графички ленти. Овие структури најчесто покажуваат висока порозност и специфични површини, со високо прилагодливи пречници на порите, што ги прави ветувачки материјали за складирање енергија базирана на суперкондензатор, филтрација на вода и капацитивна десалинизација, поддршка на катализаторот и отстранување на цитокини.
Други метастабилни јаглеродни фази, некои слични на дијаманти, биле произведени од реакции на SiC или CH3SiCl3 со CF4.
9 Линеарен ацетиленски јаглерод
Еднодимензионален јаглероден полимер со структура —(C≡C) <sub>n</sub> —. Неговата структура е релативно како онаа на аморфниот јаглерод.
10 Циклојаглероди
Цикло[18]јаглеродот (C<sub>18</sub>) бил синтетизиран во 2019 година.
11 Други можни алотропи
Многу други алотропи се претпоставени, но допрва треба да се синтетизираат.
*''bcc-јаглерод'' : при ултрависоки притисоци над 1000 GPa, се предвидува дека дијамантот ќе се претвори во коцкеста структура насочена кон телото. Оваа фаза има важност во астрофизиката и длабоката внатрешност на планетите како Уран и Нептун. Предложени се различни структури. Супергуст и супертврд материјал кој личи на оваа фаза бил синтетизиран и објавен во 1979 година и било објавено дека има вселенска група Im со осум атоми по примитивна единица ќелија (16 атоми по конвенционална единица ќелија). Биле поднесени тврдења дека е синтетизирана таканаречената структура, која има коцки со осум јаглероди слични на кубаните во вселенската група Im m, со осум атоми по примитивна единица ќелија или 16 атоми по конвенционална единица ќелија (исто така наречена суперкубана, погледнете ја илустрацијата десно). Но, еден труд во 1988 година тврдел дека подобра теорија е дека структурата е иста како онаа на алотропот од силициум наречен Si-III или γ-силициум, таканаречената структура BC8 со вселенска група Ia и 8 атоми по примитивна единица клетка (16 атоми по конвенционална единица клетка). Во 2008 година био објавено дека структурата слична на кубана била идентификувана. Еден труд во 2012 година разгледал четири предложени структури, структурата на суперкубана, структурата BC8, структура со кластери од четири јаглеродни атоми во тетраедри во вселенската група I 3m со четири атоми по примитивна единица клетка (осум по конвенционална единица клетка) и структура што авторите ја нарекле „јаглероден содалит “. Тие откриле во корист на оваа структура на јаглерод содалит, со пресметана густина од 2,927 g/cm, прикажано во горниот лев агол на сликата под апстрактот. Оваа структура има само шест атоми по примитивна единица ќелија (дванаесет на конвенционална единица ќелија). Атомите на јаглеродот се наоѓаат на истите места како атомите на силициум и алуминиум на минералот содалит. Вселенската група, I 3m, е иста како и целосно проширената форма на содалит доколку содалит има само силициум или само алуминиум.*''тсј-јаглерод'': Четириаголниот средишен јаглерод на телото бил предложен од теоретичарите во 2010 година.*''Хаоитот'' е минерал за кој се верува дека се формирал при удари на метеорити. Тој е опишан како малку потврд од графитот со боја на рефлексија од сиво до бело. Сепак, постоењето на карбински фази е спорно
*''Д-јаглерод'' : Д-јаглеродот бил предложен од теоретичарите во 2018 година. Д-јаглеродот е орторомбен sp<sup>3</sup> јаглероден алотроп (6 атоми по клетка). Пресметките на вкупната енергија покажуваат дека Д-јаглеродот е енергетски поповолен од претходно предложената структура Т<sub>6</sub> (со 6 атоми по клетка), како и многу други.
* Хекелити: Подредени распореди на петаголници, шестаголници и седумаголници кои можат да бидат или рамни или тубуларни.
* Лавесов график или кристалот К4 е теоретски предвидена тридимензионална кристална метастабилна јаглеродна структура во која секој јаглероден атом е поврзан со три други, под агли од 120° (како графитот), но каде што рамнините на врската на соседните слоеви лежат под агол од 70,5 °, наместо да се совпаѓаат.* М-јаглерод: Моноклиничкиот јаглерод со C-центриран се смета дека првпат бил создаден во 1963 година со компресирање на графит на собна температура. Неговата структура била теоретизирана во 2006 година, потоа во 2009 година била поврзана со тие експериментални набљудувања. Многу структурни кандидати, вклучително и bct-јаглерод, билепредложени да бидат подеднакво компатибилни со експерименталните податоци достапни во тоа време, сè додека во 2012 година теоретски не било покажано дека оваа структура е кинетички најголема веројатност да се формира од графит. Податоците со висока резолуција се појавиле набргу потоа, демонстрирајќи дека меѓу сите кандидати за структура само М-јаглеродот е компатибилен со експериментот.* Метален јаглерод: теоретските студии покажале дека има региони во фазниот дијаграм, при екстремно високи притисоци, каде јаглеродот има метален карактер. Експериментите и теоријата со ласерски шок покажуваат дека течниот јаглерод над 600 GPa е метален.* Новамене: Комбинација од шестаголни дијаманти и sp2 шестаголници како кај графенот.* Фаграфен: алотроп сличен на графин со искривени Диракови конуси.
* Prismane C8 е теоретски предвиден метастабилен јаглероден алотроп кој содржи атомски кластер од осум јаглеродни атоми, со облик на издолжена триаголна бипирамида - триаголна призма со шест атоми со уште два атома над и под нејзините бази.* Протомен: Шестаголна кристална структура со целосно опуштена примитивна клетка која вклучува 48 атоми. Од нив, 12 атоми имаат потенцијал да ја префрлат хибридизацијата помеѓу sp2 и sp3, формирајќи димери.* Q-јаглерод: Феромагнетниот јаглерод е откриен во 2015 година.* Т-јаглерод: Секој јаглероден атом во дијамантот се заменува со јаглероден тетраедар (оттука и „Т-јаглерод“). Ова било предложено од теоретичарите во 1985 година.* Постојат докази дека белите џуџести ѕвезди имаат јадро од кристализиран јаглерод и кислородни јадра. Најголемиот од нив пронајден во универзумот досега, BPM 37093, се наоѓа на 50 светлосни години (4,7×1014 km) во соѕвездието Кентаур. Соопштението за вести од Центарот за астрофизика Харвард-Смитсонијан го опишал 2.,500 милји - широкото ѕвездено јадро како дијамант, и бил именуван како Луси, по песната на Битлси „Lucy in the Sky With Diamonds";.сепак, поверојатно е дека станува збор за егзотична форма на јаглерод. Пента-графенот е предвиден јаглероден алотроп кој користи петаголни плочки во Каиро
* Се предвидува дека U-јаглеродот се состои од брановидни слоеви покриени со прстени со шест или 12 атоми, поврзани со ковалентни врски. Имено, може да биде потежок од челикот, спроводлив како не'рѓосувачки челик, високо рефлективен и феромагнетен, да се однесува како постојан магнет на температури до 125 °C.* Zayedene: Комбинација од линеарни sp јаглеродни синџири и sp3 јаглерод. Структурата на овие кристални јаглеродни алотропи се состои од sp синџири вметнати во цилиндрични шуплини периодично распоредени во шестаголен дијамант.
12 Варијабилност на јаглерод
Системот на јаглеродни алотропи опфаќа неверојатен опсег на крајности, имајќи предвид дека сите тие се само структурни формации на истиот елемент.
Помеѓу дијамантот и графитот:
* Дијамантот се кристализира во коцкестиот систем, но графитот кристализира во шестаголен систем.
* Дијамантот е јасен и транспарентен, но графитот е црн и непроѕирен.
* Дијамантот е најтврдиот минерал познат (10 по Мосовата скала), но графитот е еден од најмеките (1-2 по Мосовата скала).
* Дијамантот е врвниот абразив, но графитот е мек и е многу добро мазиво.
* Дијамантот е одличен електричен изолатор, но графитот е одличен проводник.
* Дијамантот е одличен топлински спроводник, но некои форми на графит се користат за топлинска изолација (на пример топлински штитови и пожарникари).
* При стандардна температура и притисок, графитот е топлинскодинамички стабилна форма. Така, дијамантите не постојат засекогаш. Конверзијата од дијамант во графит, сепак, има многу висока енергија за активирање и затоа е исклучително бавна.
И покрај тврдоста на дијамантите, хемиските врски што ги држат атомите на јаглерод во дијамантите се всушност послаби од оние што го држат графитот. Разликата е во тоа што кај дијамантот, врските формираат нефлексибилна тридимензионална решетка. Во графитот, атомите се цврсто врзани во листови, но листовите можат лесно да се лизгаат еден преку друг, правејќи го графитот мек.