мини| Осум алотропи на јаглерод: (а) дијамант, (б) графит, (в) лонсдејлит, (г) C бакминстерфулерен, (д) C фулерен (f) C фулерен, (g) аморфен јаглерод, (ж) цик-цак едноѕидна јаглеродна наноцевка. Недостасува : циклојаглерод, јаглеродни нанопупки, шварзити, стаклен јаглерод и линеарен ацетиленски јаглерод (карбин) 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).

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.

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 sp3 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.

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.

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.

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 .

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.

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°.

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.

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.

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.

Нанојаглероди

Бакминстерфулерен