O carbono é um elemento versátil que pode formar diferentes estruturas cristalinas (alótropos), como o diamante e o grafite. Ambos apresentam apenas ligações covalentes entre átomos de carbono, mas suas propriedades mecânicas e físicas são drasticamente distintas: o diamante é um dos materiais mais duros conhecidos, enquanto o grafite é macio e facilmente risca o papel. A diferença estrutural e eletrônica que explica essas propriedades é a seguinte: