坚硬的金刚石与软、脆的石墨、木炭是“孪生兄弟”，都由碳元素构成，是同素异形体。
纯净的金刚石应该是无色透明的。金刚石比同体积的水重三倍半，又硬得出奇，是最硬的物质。可以用来刻划玻璃和制作钻机的钻头，开采石油。
石墨是松软的、不透明的灰黑色细鳞片状的晶体。它同金刚石恰恰相反，是最软的矿物之一。把石墨和粘土混合，就可以用来做铅笔芯。掺的粘土越多，铅笔芯越硬。干电池中的碳精棒，也是它的一种“化身”。
炭黑是极细的碳粉末，是比较纯粹的无定形碳。它在黑色的油墨里充当了颜料的“主角”。
为什么由同一种碳原子组成的物质，外貌、性质却大不相同呢？科学家研究后发现，原来这是由于原子的排列形式不一样引起的。金刚石是结晶碳，每一个碳原子周围有四个原子，距离都是相等的，原子之间组成一个强有力的整体。而石墨内部的一个碳原子同相邻的四个原子间的距离是不相等的。离得较远的两原子之间的“拉力”较弱，容易断裂，这样，金刚石和石墨就出现了硬和软的不同“个性”。