Alótropos del carbono

El carbono es capaz de formar muchos alótropos (formas estructuralmente diferentes del mismo elemento) debido a su valencia. Las formas bien conocidas de carbono incluyen diamante y grafito. En las últimas décadas, se han descubierto e investigado muchos más alótropos, incluidas formas de bolas como el buckminsterfullereno y láminas como el grafeno. Las estructuras de carbono a mayor escala incluyen nanotubos, nanobrotes y nanocintas. Existen otras formas inusuales de carbono a temperaturas muy altas o presiones extremas. Según la base de datos de alótropos de carbono de Samara (SACADA), en la actualidad se conocen alrededor de 500 hipotéticos alótropos de carbono triperiódicos.

Diamante

El diamante es un alótropo bien conocido del carbono. La dureza, el índice de refracción extremadamente alto y la alta dispersión de la luz hacen que el diamante sea útil para aplicaciones industriales y joyería. El diamante es el mineral natural conocido más duro. Esto lo convierte en un excelente abrasivo y hace que retenga el pulido y el brillo extremadamente bien. Ninguna sustancia natural conocida puede cortar o rayar un diamante, excepto otro diamante. En forma de diamante, el carbono es uno de los elementos más costosos.

La estructura cristalina del diamante es una red cúbica centrada en las caras que tiene ocho átomos por celda unitaria para formar una estructura cúbica de diamante. Cada átomo de carbono está unido covalentemente a otros cuatro carbonos en una geometría tetraédrica. Estos tetraedros juntos forman una red tridimensional de anillos de carbono de seis miembros en la conformación de la silla, lo que permite una tensión de ángulo de enlace cero. El enlace se produce a través de orbitales hibridados sp para dar una longitud de enlace CC de 154 pm. Esta red de enlaces covalentes sin tensión hace que el diamante sea extremadamente fuerte. El diamante es termodinámicamente menos estable que el grafito a presiones inferiores a1,7 GPa.

El uso industrial dominante del diamante es el corte, la perforación (brocas), el esmerilado (cortadores con bordes de diamante) y el pulido. La mayoría de los usos de los diamantes en estas tecnologías no requieren diamantes grandes, y la mayoría de los diamantes que no tienen calidad de gema pueden encontrar un uso industrial. Los diamantes se incrustan en las puntas de los taladros y las hojas de las sierras, o se muelen hasta convertirlos en polvo para usar en aplicaciones de esmerilado y pulido (debido a su extraordinaria dureza). Las aplicaciones especializadas incluyen el uso en laboratorios como contención para experimentos de alta presión (ver yunque de diamante), cojinetes de alto rendimiento y ventanas especializadas de aparatos técnicos.

El mercado de diamantes de grado industrial opera de manera muy diferente a su contraparte de grado de gema. Los diamantes industriales se valoran principalmente por su dureza y conductividad térmica, lo que hace que muchas de las características gemológicas del diamante, incluida la claridad y el color, sean irrelevantes. Esto ayuda a explicar por qué el 80% de los diamantes extraídos (que equivalen a unos 100 millones de quilates o 20 toneladas anuales) no son aptos para su uso como piedras preciosas y, conocidos como bort, se destinan a usos industriales. Además de los diamantes extraídos de minas, los diamantes sintéticos encontraron aplicaciones industriales casi inmediatamente después de su invención en la década de 1950; anualmente se producen otros 400 millones de quilates (80 toneladas) de diamantes sintéticos para uso industrial, lo que representa casi cuatro veces la masa de diamantes naturales extraídos durante el mismo período.

Con los continuos avances en la producción de diamantes sintéticos, las aplicaciones futuras comienzan a ser factibles. Está generando mucho entusiasmo el posible uso del diamante como semiconductor adecuado para construir microchips, o el uso del diamante como disipador de calor en la electrónica. Se están realizando importantes esfuerzos de investigación en Japón, Europa y los Estados Unidos para capitalizar el potencial que ofrecen las propiedades materiales únicas del diamante, combinado con una mayor calidad y cantidad del suministro que comienza a estar disponible por parte de los fabricantes de diamantes sintéticos.

Grafito

El grafito, nombrado por Abraham Gottlob Werner en 1789, del griego γράφειν (graphein, "dibujar/escribir", por su uso en lápices) es uno de los alótropos más comunes del carbono. A diferencia del diamante, el grafito es un conductor eléctrico. Por lo tanto, se puede utilizar, por ejemplo, en electrodos de lámparas de arco eléctrico. Asimismo, en condiciones estándar, el grafito es la forma de carbono más estable. Por lo tanto, se utiliza en termoquímica como estado estándar para definir el calor de formación de los compuestos de carbono.

El grafito conduce la electricidad debido a la deslocalización de los electrones del enlace pi por encima y por debajo de los planos de los átomos de carbono. Estos electrones pueden moverse libremente, por lo que pueden conducir electricidad. Sin embargo, la electricidad solo se conduce a lo largo del plano de las capas. En el diamante, los cuatro electrones exteriores de cada átomo de carbono están 'localizados' entre los átomos en enlace covalente. El movimiento de los electrones está restringido y el diamante no conduce la corriente eléctrica. En el grafito, cada átomo de carbono usa solo 3 de sus 4 electrones de nivel de energía exterior para unirse covalentemente a otros tres átomos de carbono en un plano. Cada átomo de carbono aporta un electrón a un sistema deslocalizado de electrones que también forma parte del enlace químico. Los electrones deslocalizados son libres de moverse por todo el plano. Por esta razón,

El polvo de grafito se utiliza como lubricante seco. Aunque podría pensarse que esta propiedad industrialmente importante se debe por completo al acoplamiento interlamelar suelto entre las láminas de la estructura, de hecho, en un entorno de vacío (como en las tecnologías para uso en el espacio), se descubrió que el grafito es un lubricante muy pobre.. Este hecho condujo al descubrimiento de que la lubricidad del grafito se debe al aire y el agua adsorbidos entre las capas, a diferencia de otros lubricantes secos en capas como el disulfuro de molibdeno. Estudios recientes sugieren que un efecto llamado superlubricidad también puede explicar este efecto.

Cuando una gran cantidad de defectos cristalográficos (físicos) unen estos planos, el grafito pierde sus propiedades lubricantes y se convierte en carbón pirolítico, un material útil en implantes en contacto con la sangre, como válvulas cardíacas protésicas.

El grafito es el alótropo más estable del carbono. Contrariamente a la creencia popular, el grafito de alta pureza no se quema fácilmente, incluso a temperaturas elevadas. Por esta razón, se utiliza en reactores nucleares y en crisoles de alta temperatura para la fusión de metales. A temperaturas y presiones muy altas (aproximadamente 2000 °C y 5 GPa), puede transformarse en diamante.

Los grafitos naturales y cristalinos no se usan a menudo en forma pura como materiales estructurales debido a sus planos de corte, fragilidad y propiedades mecánicas inconsistentes.

En sus formas sintéticas vítreas puras (isotrópicas), el grafito pirolítico y el grafito de fibra de carbono son materiales extremadamente fuertes y resistentes al calor (hasta 3000 °C), que se utilizan en escudos de reentrada para ojiva de misiles, motores de cohetes sólidos, reactores de alta temperatura, zapatas de freno y escobillas de motores eléctricos.

Los grafitos intumescentes o expandibles se utilizan en sellos contra incendios, colocados alrededor del perímetro de una puerta contra incendios. Durante un incendio, el grafito se intumece (se expande y carboniza) para resistir la penetración del fuego y evitar la propagación de los humos. Una temperatura típica de inicio de expansión (SET) está entre 150 y 300 °C.

Densidad: la gravedad específica del grafito es 2,3, lo que lo hace más ligero que el diamante.

Actividad química: es ligeramente más reactivo que el diamante. Esto se debe a que los reactivos pueden penetrar entre las capas hexagonales de átomos de carbono en el grafito. No se ve afectado por solventes ordinarios, ácidos diluidos o álcalis fusionados. Sin embargo, el ácido crómico lo oxida a dióxido de carbono.

Grafeno

Una sola capa de grafito se llama grafeno y tiene extraordinarias propiedades eléctricas, térmicas y físicas. Puede producirse por epitaxia sobre un sustrato aislante o conductor o por exfoliación mecánica (pelado repetido) del grafito. Sus aplicaciones pueden incluir la sustitución del silicio en dispositivos electrónicos de alto rendimiento. Con dos capas apiladas, el grafeno bicapa da como resultado diferentes propiedades.

Lonsdaleita (diamante hexagonal)

La lonsdaleita es un alótropo a veces llamado "diamante hexagonal", formado a partir del grafito presente en los meteoritos tras su impacto en la tierra. El gran calor y la presión del impacto transforman el grafito en una forma más densa similar al diamante, pero conservando la red cristalina hexagonal del grafito. El "diamante hexagonal" también se ha sintetizado en el laboratorio, comprimiendo y calentando grafito en una prensa estática o usando explosivos. También se puede producir por descomposición térmica de un polímero, poli(hidridocarbino), a presión atmosférica, en atmósfera de gas inerte (p. ej., argón, nitrógeno), a partir de una temperatura de 110 °C (230 °F).

Grafenileno

El grafeno es un material de carbono de una sola capa con subunidades similares al bifenileno como base en su estructura reticular hexagonal. También se conoce como bifenileno-carbono.

Carbofeno

El carbofeno es un marco orgánico covalente bidimensional. El 4-6 carbofeno se ha sintetizado a partir del 1-3-5 trihidroxibenceno. Consta de anillos de 4 y 6 carbonos en proporción 1:1. Los ángulos entre los tres enlaces σ de los orbitales son aproximadamente 120°, 90° y 150°.

AA'-grafito

El grafito AA' es un alótropo de carbono similar al grafito, pero donde las capas se colocan de manera diferente entre sí en comparación con el orden en el grafito.

Diamante

Diamane es una forma 2D de diamante. Se puede hacer a través de altas presiones, pero sin esa presión, el material vuelve a convertirse en grafeno. Otra técnica es agregar átomos de hidrógeno, pero esos enlaces son débiles. El uso de flúor (difluoruro de xenón) en su lugar acerca las capas, fortaleciendo los enlaces. Esto se llama f-diamane.

Carbono amorfo

El carbono amorfo es el nombre que se le da al carbono que no tiene ninguna estructura cristalina. Como con todos los materiales vítreos, se puede observar algún orden de corto alcance, pero no hay un patrón de posiciones atómicas de largo alcance. Si bien se puede producir carbono completamente amorfo, la mayoría del carbono amorfo en realidad contiene cristales microscópicos de carbono similar al grafito o incluso al diamante.

El carbón y el hollín o el negro de humo se denominan informalmente carbono amorfo. Sin embargo, son productos de pirólisis (el proceso de descomposición de una sustancia por la acción del calor), que no produce verdadero carbono amorfo en condiciones normales.

Nanocarbonos

Buckminsterfullerenos

Los buckminsterfullerenos, o generalmente solo fullerenos o buckyballs para abreviar, fueron descubiertos en 1985 por un equipo de científicos de la Universidad de Rice y la Universidad de Sussex, tres de los cuales recibieron el Premio Nobel de Química de 1996. Reciben su nombre por el parecido con las estructuras geodésicas ideadas por Richard Buckminster "Bucky" Fuller. Los fullerenos son moléculas curvadas positivamente de diferentes tamaños compuestas completamente de carbono, que toman la forma de una esfera hueca, elipsoide o tubo.

A principios del siglo XXI, las propiedades químicas y físicas de los fullerenos todavía se están estudiando intensamente, tanto en laboratorios de investigación puros como aplicados. En abril de 2003, los fullerenos estaban bajo estudio para un posible uso medicinal: unir antibióticos específicos a la estructura para atacar bacterias resistentes e incluso atacar ciertas células cancerosas como el melanoma.

Nanotubos de carbon

Los nanotubos de carbono, también llamados buckytubes, son moléculas de carbono cilíndricas con propiedades novedosas que las hacen potencialmente útiles en una amplia variedad de aplicaciones (p. ej., nanoelectrónica, óptica, aplicaciones de materiales, etc.). Exhiben una fuerza extraordinaria, propiedades eléctricas únicas y son conductores eficientes del calor. También se han sintetizado nanotubos inorgánicos. Un nanotubo es un miembro de la familia estructural de los fullereno, que también incluye buckyballs. Mientras que las bolas de bucky tienen forma esférica, un nanotubo es cilíndrico, con al menos un extremo normalmente cubierto con un hemisferio de la estructura de la bola de bucky. Su nombre se deriva de su tamaño, ya que el diámetro de un nanotubo es del orden de unos pocos nanómetros (aproximadamente 50.000 veces más pequeño que el ancho de un cabello humano), mientras que pueden tener varios centímetros de longitud.

Nanobrotes de carbono

Los nanobrotes de carbono son un alótropo de carbono recientemente descubierto en el que los "brotes" similares a fullereno se unen covalentemente a las paredes laterales exteriores de los nanotubos de carbono. Este material híbrido tiene propiedades útiles tanto de fullerenos como de nanotubos de carbono. Por ejemplo, se ha descubierto que son emisores de campo excepcionalmente buenos.

Schwarzitas

Las schwarcitas son superficies de carbono curvadas negativamente propuestas originalmente mediante la decoración de superficies mínimas triplemente periódicas con átomos de carbono. La topología geométrica de la estructura está determinada por la presencia de defectos anulares, como heptágonos y octágonos, en la red hexagonal del grafeno. (La curvatura negativa dobla las superficies hacia afuera como una silla de montar en lugar de doblarse hacia adentro como una esfera).

Trabajos recientes han propuesto que los carbonos con plantilla de zeolita (ZTC) pueden ser schwarzitas. El nombre, ZTC, deriva de su origen dentro de los poros de las zeolitas, minerales de dióxido de silicio cristalino. Se inyecta un vapor de moléculas que contienen carbono en la zeolita, donde el carbono se acumula en las paredes de los poros, creando la curva negativa. La disolución de la zeolita deja el carbón. Un equipo generó estructuras decorando los poros de una zeolita con carbono a través de un método Monte Carlo. Algunos de los modelos resultantes se asemejan a estructuras de tipo schwarzita.

Carbono vítreo

El carbón vítreo o carbón vítreo es una clase de carbón no grafitante ampliamente utilizado como material de electrodo en electroquímica, así como para crisoles de alta temperatura y como componente de algunos dispositivos protésicos.

Fue producido por primera vez por Bernard Redfern a mediados de la década de 1950 en los laboratorios de The Carborundum Company, Manchester, Reino Unido. Se había propuesto desarrollar una matriz de polímero para reflejar una estructura de diamante y descubrió una resina de resol (fenólica) que, con una preparación especial, fraguaría sin un catalizador. Con esta resina se produjo el primer carbono vítreo.

La preparación de carbón vítreo implica someter los precursores orgánicos a una serie de tratamientos térmicos a temperaturas de hasta 3000 °C. A diferencia de muchos carbones no grafitantes, son impermeables a los gases y químicamente extremadamente inertes, especialmente aquellos preparados a temperaturas muy altas. Se ha demostrado que las tasas de oxidación de ciertos carbones vítreos en oxígeno, dióxido de carbono o vapor de agua son más bajas que las de cualquier otro carbón. También son muy resistentes al ataque de los ácidos. Así, mientras que el grafito normal se reduce a polvo mediante una mezcla de ácidos sulfúrico y nítrico concentrados a temperatura ambiente, el carbón vítreo no se ve afectado por dicho tratamiento, incluso después de varios meses.

Carbono atómico y diatómico

Bajo ciertas condiciones, el carbono se puede encontrar en su forma atómica. Puede formarse vaporizando grafito, pasando grandes corrientes eléctricas para formar un arco de carbón bajo presiones muy bajas. Es extremadamente reactivo, pero es un producto intermedio utilizado en la creación de carbenos.

El carbono diatómico también se puede encontrar bajo ciertas condiciones. A menudo se detecta mediante espectroscopia en cuerpos extraterrestres, incluidos cometas y ciertas estrellas.

Nanoespuma de carbono

La nanoespuma de carbono es el quinto alótropo conocido del carbono, descubierto en 1997 por Andrei V. Rode y colaboradores de la Universidad Nacional de Australia en Canberra. Consiste en un conjunto de grupos de átomos de carbono de baja densidad unidos en una red tridimensional suelta.

Cada grupo tiene unos 6 nanómetros de ancho y consta de unos 4000 átomos de carbono unidos en láminas de grafito a las que se les da una curvatura negativa mediante la inclusión de heptágonos entre el patrón hexagonal regular. Esto es lo contrario de lo que sucede en el caso de los buckminsterfullerenos, en los que las láminas de carbón reciben una curvatura positiva mediante la inclusión de pentágonos.

La estructura a gran escala de la nanoespuma de carbono es similar a la de un aerogel, pero con un 1% de la densidad de los aerogeles de carbono producidos anteriormente, solo unas pocas veces la densidad del aire al nivel del mar. A diferencia de los aerogeles de carbono, la nanoespuma de carbono es un mal conductor eléctrico.

Carbón derivado del carburo

El carbono derivado de carburo (CDC) es una familia de materiales de carbono con diferentes geometrías de superficie y ordenamiento de carbono que se producen mediante la eliminación selectiva de metales de precursores de carburo metálico, como TiC, SiC, Ti ₃ AlC ₂, Mo ₂ C, etc. Esta síntesis se logra usando tratamiento con cloro, síntesis hidrotermal o desorción selectiva de metales a alta temperatura bajo vacío. Según el método de síntesis, el precursor del carburo y los parámetros de reacción, se pueden lograr múltiples alótropos de carbono, incluidas partículas endoédricas compuestas predominantemente de carbono amorfo, nanotubos de carbono, grafeno epitaxial, diamante nanocristalino, carbono similar a una cebolla y cintas, barriles y cintas de grafito. cuernos. Estas estructuras exhiben una alta porosidad y áreas de superficie específicas, con diámetros de poro altamente ajustables, lo que las convierte en materiales prometedores para el almacenamiento de energía basado en supercondensadores, la filtración de agua y la desalinización capacitiva, el soporte de catalizadores y la eliminación de citoquinas.

Carbono acetilénico lineal

Un polímero de carbono unidimensional con la estructura —(C≡C) _n —.

Ciclocarbonos

El ciclo[18]carbono (C ₁₈) se sintetizó en 2019.

Otros posibles alótropos

Se han formulado hipótesis sobre muchos otros alótropos, pero aún no se han sintetizado.

• bcc-carbon: a presiones ultraaltas de más de 1000 GPa, se prevé que el diamante se transforme en una estructura cúbica centrada en el cuerpo. Esta fase tiene importancia en la astrofísica y en los interiores profundos de planetas como Urano y Neptuno. Se han propuesto varias estructuras. El material superdenso y superduro que se asemeja a esta fase se sintetizó y publicó en 1979 y se informó que tenía el grupo espacial Im 3 con ocho átomos por celda unitaria primitiva (16 átomos por celda unitaria convencional). Se afirmaba que se había sintetizado la denominada estructura C _{8, con cubos de ocho carbonos similares al cubano en el Im} 3m grupo espacial, con ocho átomos por celda unitaria primitiva, o 16 átomos por celda unitaria convencional (también llamado supercubano, vea la ilustración a la derecha). Pero un artículo de 1988 afirmó que una mejor teoría era que la estructura era la misma que la de un alótropo de silicio llamado Si-III o γ-silicio, la llamada estructura BC8 con grupo espacial Ia 3 y 8 átomos por unidad primitiva. celda (16 átomos por celda unitaria convencional). En 2008 se informó que se había identificado la estructura de tipo cubano. Un artículo de 2012 consideró cuatro estructuras propuestas, la estructura supercubana, la estructura BC8, una estructura con grupos de cuatro átomos de carbono en tetraedros en el grupo espacial I 43m que tiene cuatro átomos por celda unitaria primitiva (ocho por celda unitaria convencional) y una estructura que los autores llamaron "sodalita de carbono". Se pronunciaron a favor de esta estructura de sodalita de carbono, con una densidad calculada de 2,927 g/cm, que se muestra en la parte superior izquierda de la ilustración debajo del resumen. Esta estructura tiene solo seis átomos por celda unitaria primitiva (doce por celda unitaria convencional). Los átomos de carbono están en los mismos lugares que los átomos de silicio y aluminio del mineral sodalita. El grupo espacial, I 4 3m, es el mismo que tendría la forma completamente expandida de sodalita si la sodalita tuviera solo silicio o solo aluminio.

• bct-carbon: Los teóricos propusieron el carbono tetragonal centrado en el cuerpo en 2010.
• La caoita es un mineral que se cree que se formó en impactos de meteoritos. Se ha descrito como un poco más duro que el grafito con un color de reflexión de gris a blanco. Sin embargo, se discute la existencia de fases de carbino; ​​consulte el artículo sobre caoíta para obtener más detalles.
• Carbono D: Los teóricos propusieron el carbono D en 2018. El carbono D es un alótropo de carbono sp ortorrómbico (6 átomos por célula). Los cálculos de energía total demuestran que el carbono D es energéticamente más favorable que la estructura T ₆ propuesta anteriormente (con 6 átomos por celda), así como muchas otras.
• Haeckelitas: Arreglos ordenados de pentágonos, hexágonos y heptágonos que pueden ser planos o tubulares.

• El gráfico de Laves o cristal K ₄ es una estructura de carbono metaestable cristalina tridimensional predicha teóricamente en la que cada átomo de carbono está unido a otros tres, en ángulos de 120° (como el grafito), pero donde los planos de enlace de las capas adyacentes se encuentran en un ángulo. de 70,5°, en lugar de coincidir.
• Carbono M: se cree que el carbono monoclínico centrado en C se creó por primera vez en 1963 al comprimir grafito a temperatura ambiente. Su estructura fue teorizada en 2006, luego en 2009 se relacionó con esas observaciones experimentales. Se propusieron muchos candidatos estructurales, incluido el carbono bct, para que fueran igualmente compatibles con los datos experimentales disponibles en ese momento, hasta que en 2012 se demostró teóricamente que esta estructura es cinéticamente la que tiene más probabilidades de formarse a partir del grafito. Los datos de alta resolución aparecieron poco después, lo que demuestra que entre todas las estructuras candidatas, solo el carbono M es compatible con el experimento.
• Carbono metálico: Los estudios teóricos han demostrado que hay regiones en el diagrama de fase, a presiones extremadamente altas, donde el carbono tiene carácter metálico. La teoría y los experimentos de choque láser indican que por encima de 600 GPa, el carbón líquido es metálico.
• Novamene: una combinación de diamantes hexagonales y hexágonos sp como en el grafeno.
• Fagrafeno: alótropo similar al grafeno con conos de Dirac distorsionados.
• Prismane C ₈ es un alótropo de carbono metaestable predicho teóricamente que comprende un grupo atómico de ocho átomos de carbono, con la forma de una bipirámide triangular alargada: un prisma triangular de seis átomos con dos átomos más por encima y por debajo de sus bases.
• Protomeno: Una estructura cristalina hexagonal con una celda primitiva completamente relajada que involucra 48 átomos. De estos, 12 átomos tienen el potencial de cambiar la hibridación entre sp y sp, formando dímeros.
• Q-carbon: El carbono ferromagnético fue descubierto en 2015.
• Carbono T: cada átomo de carbono en el diamante se reemplaza con un tetraedro de carbono (de ahí, 'carbono T'). Esto fue propuesto por teóricos en 1985.
• Existe evidencia de que las estrellas enanas blancas tienen un núcleo de núcleos de carbono y oxígeno cristalizados. El más grande de estos encontrado en el universo hasta ahora, BPM 37093, se encuentra a 50 años luz (4,7 × 10 km) de distancia en la constelación de Centauro. Un comunicado de prensa del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica describió el núcleo estelar de 2500 millas (4000 km) de ancho como un diamante, y recibió el nombre de Lucy, en honor a la canción de los Beatles "Lucy in the Sky With Diamonds"; sin embargo, es más probable que sea una forma exótica de carbono. El pentagrafeno es un alótropo de carbono predicho que utiliza el mosaico pentagonal de El Cairo.
• Se predice que el carbono U consiste en capas onduladas con anillos de seis o 12 átomos, unidas por enlaces covalentes. En particular, puede ser más duro que el acero, tan conductor como el acero inoxidable, altamente reflectante y ferromagnético, comportándose como un imán permanente a temperaturas de hasta 125 °C.
• Zayedene: una combinación de cadenas de carbono sp lineales y carbono a granel sp3. La estructura de estos alótropos de carbono cristalino consiste en cadenas sp insertadas en cavidades cilíndricas dispuestas periódicamente en forma de diamante hexagonal (lonsdaleita).

Variabilidad del carbono

El sistema de alótropos de carbono abarca una asombrosa gama de extremos, considerando que todos son meras formaciones estructurales del mismo elemento.

Entre diamante y grafito:

• El diamante cristaliza en el sistema cúbico pero el grafito cristaliza en el sistema hexagonal.
• El diamante es claro y transparente, pero el grafito es negro y opaco.
• El diamante es el mineral más duro conocido (10 en la escala de Mohs), pero el grafito es uno de los más blandos (1-2 en la escala de Mohs).
• El diamante es el abrasivo definitivo, pero el grafito es blando y es un muy buen lubricante.
• El diamante es un excelente aislante eléctrico, pero el grafito es un excelente conductor.
• El diamante es un excelente conductor térmico, pero algunas formas de grafito se utilizan para el aislamiento térmico (por ejemplo, escudos térmicos y cortafuegos).
• A temperatura y presión estándar, el grafito es la forma termodinámicamente estable. Por lo tanto, los diamantes no existen para siempre. Sin embargo, la conversión de diamante a grafito tiene una energía de activación muy alta y, por lo tanto, es extremadamente lenta.

A pesar de la dureza de los diamantes, los enlaces químicos que mantienen unidos los átomos de carbono en los diamantes son en realidad más débiles que los que mantienen unido el grafito. La diferencia es que en el diamante, los enlaces forman una red tridimensional inflexible. En el grafito, los átomos están estrechamente unidos en láminas, pero las láminas pueden deslizarse fácilmente unas sobre otras, lo que hace que el grafito se ablande.