在自然界里(li)，单质(zhi)碳有(you)三种变体(ti):金(jin)刚(gang)石(shi)、石(shi)墨以及无(wu)定形(xing)(xing)碳。另(ling)外还有(you)富勒烯和(he)碳纳米管人(ren)造单质(zhi)碳。金(jin)刚(gang)石(shi)和(he)石(shi)墨的(de)结构(gou)属结晶形(xing)(xing)体(ti)，无(wu)定形(xing)(xing)碳是(shi)非(fei)结晶形(xing)(xing)体(ti)，它们都是(shi)炭(tan)的(de)同(tong)素(su)(su)异(yi)构(gou)体(ti)。碳的(de)三种不(bu)同(tong)形(xing)(xing)态的(de)同(tong)素(su)(su)异(yi)构(gou)体(ti)和(he)它们形(xing)(xing)成(cheng)时(shi)所经(jing)受的(de)压力与温度有(you)密切关系，由于(yu)形(xing)(xing)成(cheng)的(de)压力与温度不(bu)同(tong)，同(tong)样(yang)的(de)碳元素(su)(su)，可以生成(cheng)不(bu)同(tong)形(xing)(xing)态和(he)不(bu)同(tong)结构(gou)的(de)物质(zhi)，而且在一定条(tiao)件下又可以转化。

金(jin)(jin)刚石、石墨(mo)和无定形碳这三(san)种同素(su)异构体，由于(yu)在物理化学性(xing)质(zhi)上存在着许多差异且(qie)所有从煤、石油产品(pin)及其他有机化合物制取的(de)炭素(su)材(cai)料在石墨(mo)化前，大多是无定形碳，因此，下面就(jiu)对金(jin)(jin)刚石、石墨(mo)和煤炭的(de)不同性(xing)质(zhi)作(zuo)介(jie)绍(shao)。

金(jin)刚石(shi)：金(jin)刚石(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)外(wai)观(guan)无色(se)透明，通常(chang)因(yin)所(suo)含杂质元素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)不同而呈(cheng)淡黄色(se)、天蓝色(se)、蓝色(se)或(huo)红色(se)，有强(qiang)烈的(de)(de)(de)(de)(de)光泽，属于(yu)(yu)等(deng)轴(zhou)晶(jing)(jing)，常(chang)呈(cheng)八面体。也(ye)有其(qi)(qi)他形(xing)状，它的(de)(de)(de)(de)(de)晶(jing)(jing)体外(wai)观(guan)十(shi)分(fen)规整(zheng)(zheng)。由(you)于(yu)(yu)金(jin)刚石(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)晶(jing)(jing)体结构(gou)中，每个(ge)碳原(yuan)(yuan)子都以共(gong)价(jia)键与(yu)周围排列,4个(ge)碳原(yuan)(yuan)子结成具(ju)有四面体结构(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)晶(jing)(jing)体，整(zheng)(zheng)个(ge)晶(jing)(jing)体是一个(ge)巨大的(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)子，要使其(qi)(qi)破裂，必须(xu)使这些牢固的(de)(de)(de)(de)(de)共(gong)价(jia)键断开。因(yin)此(ci)，金(jin)刚石(shi)在所(suo)有物质中是最硬的(de)(de)(de)(de)(de)，可(ke)用(yong)于(yu)(yu)制(zhi)造钻(zuan)(zuan)头等(deng)。金(jin)刚石(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)碳原(yuan)(yuan)子的(de)(de)(de)(de)(de)价(jia)电子彼(bi)此(ci)共(gong)享，完(wan)全(quan)形(xing)成共(gong)价(jia)键而无自由(you)电子，所(suo)以几乎(hu)不导电，导热性能(neng)也(ye)很差，但它的(de)(de)(de)(de)(de)折(zhe)光率很高，经琢磨(mo)可(ke)制(zhi)成钻(zuan)(zuan)石(shi)。

石(shi)墨(mo)：石(shi)墨(mo)与(yu)金(jin)刚石(shi)相(xiang)比(bi)(bi)，在(zai)(zai)晶(jing)体结构(gou)和性(xing)(xing)质(zhi)上都是(shi)不(bu)同的(de)(de)(de)，它是(shi)一种(zhong)碳原子之间呈六(liu)角环形片(pian)状体的(de)(de)(de)多(duo)层叠合晶(jing)体。石(shi)墨(mo)有(you)(you)天然(ran)石(shi)墨(mo)和人造石(shi)墨(mo)两种(zhong)。石(shi)墨(mo)具有(you)(you)良好(hao)的(de)(de)(de)导电(dian)性(xing)(xing)，虽然(ran)石(shi)墨(mo)的(de)(de)(de)导电(dian)性(xing)(xing)不(bu)能(neng)(neng)(neng)与(yu)铜铝(lv)金(jin)属(shu)相(xiang)比(bi)(bi),但与(yu)其他(ta)非金(jin)属(shu)材(cai)料相(xiang)比(bi)(bi),石(shi)墨(mo)的(de)(de)(de)导电(dian)性(xing)(xing)是(shi)相(xiang)当高的(de)(de)(de),石(shi)墨(mo)的(de)(de)(de)导热性(xing)(xing)甚至超过了铁、铜、铝(lv)等(deng)(deng)金(jin)属(shu)材(cai)料,石(shi)墨(mo)又有(you)(you)很好(hao)的(de)(de)(de)耐腐蚀性(xing)(xing)，无论是(shi)有(you)(you)机(ji)溶(rong)(rong)剂或无机(ji)溶(rong)(rong)剂，都不(bu)能(neng)(neng)(neng)溶(rong)(rong)解它。在(zai)(zai)常温(wen)下(xia),各种(zhong)酸(suan)和碱与(yu)石(shi)墨(mo)都不(bu)能(neng)(neng)(neng)发生化(hua)学反应，只是(shi)在(zai)(zai)500℃以上的(de)(de)(de)温(wen)度时，才与(yu)硝酸(suan)或氧气以及强氧化(hua)介质(zhi)等(deng)(deng)起(qi)反应。

无(wu)(wu)定形(xing)碳：煤(mei)炭(tan)(tan)(tan)是(shi)泥(ni)(ni)煤(mei)、褐(he)煤(mei)、烟(yan)煤(mei)及无(wu)(wu)烟(yan)煤(mei)等的(de)(de)(de)统(tong)称。煤(mei)炭(tan)(tan)(tan)是(shi)几百(bai)万年以前(qian)的(de)(de)(de)古代植物在(zai)地(di)(di)壳(qiao)变动时被(bei)埋在(zai)地(di)(di)下，受到一(yi)定的(de)(de)(de)温度(du)(du)(du)压力(li)炭(tan)(tan)(tan)化(hua)而形(xing)成(cheng)的(de)(de)(de)。各种煤(mei)炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)炭(tan)(tan)(tan)化(hua)程度(du)(du)(du)相(xiang)差很大，泥(ni)(ni)煤(mei)的(de)(de)(de)炭(tan)(tan)(tan)化(hua)程度(du)(du)(du)最差，因此，泥(ni)(ni)煤(mei)中含(han)有大量的(de)(de)(de)挥发物，结构疏松，无(wu)(wu)烟(yan)煤(mei)炭(tan)(tan)(tan)化(hua)程度(du)(du)(du)较(jiao)高,所(suo)以无(wu)(wu)烟(yan)煤(mei)的(de)(de)(de)挥发物含(han)量较(jiao)少，密度(du)(du)(du)与(yu)强度(du)(du)(du)都(dou)比较(jiao)高。