II.1. Kim cương
Là một dạng thù hình cứng nhất của cacbon cho đến khi A.Geim và S. Novoselov tìm ra một thù hình khác của cacbon là graphene. Cấu trúc: mỗi nguyên tử được liên kết với 4 nguyên tử khác theo kiểu tứ diện, tạo thành các lưới 3 chiều gồm các vòng 6 thành viên.
II.2. Graphit hay than chì
Là một trong những chất mềm nhất. Cấu trúc: mỗi nguyên tử được liên kết theo kiểu tam giác với 3 nguyên tử khác, tạo thành các lưới 2 chiều của các vòng 6 thành viên ở dạng phẳng; các tấm phẳng này liên kết lỏng lẻo với nhau.
II.3. Cacbon vô định hình (chất dạng thủy tinh).
Cấu trúc: các nguyên tử cacbon trong trạng thái phi tinh thể, không có quy luật và giống như thủy tinh. Trong dạng vô định hình, cacbon chủ yếu có cấu trúc tinh thể
của graphit nhưng không liên kết lại trong dạng tinh thể lớn. Trái lại, chúng chủ yếu nằm
ở dạng bột và là thành phần chính của than, muội, bồ hóng, nhọ nồi và than hoạt tính.
II.4. So sánh cấu trúc của Cacbon
Do có khả năng tự liên kết với chính nó nên cacbon tạo ra được nhiều dạng cấu trúc khác nhau tồn tại trong tự nhiên, lấy mật độ của 2 đại diện graphit và kim cương để so sánh ta thấy rằng mật độ của kim cương 3.5 – 3.53 g/cm3 lớn hơn rất nhiều so với graphit 2.09 – 2.23 g/cm3, cấu trúc như hình:
Giữa kim cương và graphit:
• Kim cương là cứng nhất, nhưng graphit là một trong những vật liệu mềm nhất.
• Kim cương là chất mài mòn siêu hạng, nhưng graphit là chất bôi trơn rất tốt.
• Kim cương là chất cách điện tuyệt hảo, nhưng graphit là vật liệu dẫn điện.
• Kim cương thông thường là trong suốt, nhưng graphit là mờ.
• Kim cương kết tinh trong hệ lập phương nhưng graphit kết tinh trong hệ lục giác.
Cấu trúc của một số dạng khác:
a) diamond; b) graphite; c)lonsdaleite; d–f) fullerenes (C60, C540, C70); g) amorphous
carbon; h) carbon nanotube.
Phần cấu trúc này chỉ đưa ra để tham khảo thêm về cacbon, vì vậy sẽ không mở rộng ra thêm.
Vấn đề ta quan tâm ở đây là điều kiện để cacbon chuyển trạng thái, ranh giới tồn tại các pha khác nhau của cacbon, vì vậy ta sẽ khảo sát vấn đề này thông qua giản đồ pha của cacbon trong phần II.