Kohlenstoff hat nur zwei echte kristalline Formen – Diamant und Graphit.

Dasselbe chemische Element kann seine Atome manchmal in unterschiedlichen Strukturen anordnen. Solche verschiedenen Strukturformen eines Elements heißen Allotrope.

Kohlenstoff lieferte lange das klassische Beispiel. Im Diamant ist jedes Kohlenstoffatom in ein starres dreidimensionales Netzwerk eingebunden. Im Graphit bilden die Atome flache Schichten, die gegeneinander gleiten können. Über Generationen waren dies die beiden wichtigsten kristallinen Kohlenstoffformen in Lehrbüchern.

Dann wurde die Familie größer.

1985 entstanden in Experimenten beim Verdampfen von Kohlenstoff C60-Moleküle: sechzig Kohlenstoffatome, die einen hohlen Käfig bilden, ungefähr in der Form eines Fußballs. Diese Moleküle gehören zu einer neuen Stoffklasse, den Fullerenen.

Später wurden Kohlenstoffnanoröhren beschrieben und 2004 Graphen isoliert, eine einzige Atomlage in einem flachen Wabenmuster.

Nicht jede vorgeschlagene Kohlenstoffstruktur ist gleich stabil oder gleich gut belegt. Diamant und Graphit sind jedoch eindeutig nicht die einzigen unterschiedlichen Strukturen, die Kohlenstoff bilden kann.