Węgiel występuje w przyrodzie w różnych Odmiany alotropowe węgla, z których najważniejsze to diament i grafit. Te formy różnią się znacząco swoją strukturą i właściwościami, mimo że składają się z tego samego pierwiastka.
Diament właściwości fizyczne charakteryzują się wyjątkową twardością (10 w skali Mohsa) i wysokim współczynnikiem załamania światła. Budowa diamentu opiera się na tetraedrycznej sieci krystalicznej, gdzie każdy atom węgla jest połączony z czterema sąsiednimi atomami wiązaniami kowalencyjnymi. Ta unikalna struktura odpowiada za niezwykłą wytrzymałość mechaniczną i termiczną diamentu. Zastosowanie diamentu obejmuje nie tylko jubilerstwo, ale również przemysł, gdzie wykorzystuje się go do cięcia i szlifowania twardych materiałów.
Z kolei grafit ma zupełnie odmienną strukturę i właściwości. Budowa grafitu składa się z warstw heksagonalnie ułożonych atomów węgla, połączonych słabymi wiązaniami van der Waalsa. Właściwości fizyczne grafitu obejmują miękkość, łupliwość i zdolność przewodzenia prądu elektrycznego. Zastosowanie grafitu jest bardzo szerokie - od ołówków przez smary przemysłowe po elektrody w bateriach. Właściwości chemiczne grafitu sprawiają, że jest on bardziej reaktywny niż diament, co wykorzystuje się w przemyśle chemicznym. Grafit struktura warunkuje jego charakterystyczne cechy, takie jak zdolność do tworzenia zawiesin koloidalnych i możliwość interkalacji różnych związków między jego warstwy. Te Odmiany alotropowe węgla różnią się budową wewnętrzną w sposób fundamentalny, co przekłada się na ich odmienne zastosowania w przemyśle i życiu codziennym.
