Diamant und Graphit sind beide Kohlenstoffallotrope. Obwohl beide aus Kohlenstoffatomen bestehen, ist ihre Atomorganisation völlig unterschiedlich. Wenn ein Kohlenstoffatom kovalente Bindungen mit umgebenden Kohlenstoffatomen bildet, gibt es zwei verschiedene Bindungsformationen. In Diamond sind die Kohlenstoffatome in einem regelmäßigen tetraedrischen Muster angeordnet, während in Graphit die Kohlenstoffatome in hexagonalen Schichten angeordnet sind.
Im späten 18. Jahrhundert identifizierte Lavosier Diamant als kristalliner Kohlenstoffform, aber die Kristallstruktur von Diamant wurde erstmals 1913 durch Bragg bestimmt. Er bestrahlte Diamant mit Röntgenstrahlen und erhielt ein Foto des Röntgenbeugungsmusters des Kristallgitters, was die kristalline Eigenschaften des Diamantens demonstrierte.
Zusätzlich zu Tetraeder umfassen natürliche Diamanten auch Würfel (CD), Hexahedrons (HD), Octaedrons (OD) und Dodecahedrons. Die Kohlenstoffatome, aus denen ein Diamantkristall besteht, sind kovalent gebunden, mit Bindungslängen gleicher Länge von 0,15 nm. Diamond ist anisotrop, was bedeutet, dass viele seiner Eigenschaften richtungsabhängig sind.
In einem Tetraeder haben die Kohlenstoffatome im Zentrum der Symmetrie schwächere Bindungskräfte, wodurch Diamant dort anfällig für Spaltungen ist. In den typischen Kristallflächen von Diamant und der schuppigen Struktur von Graphit haben Kohlenstoffbindungen in den Graphitblättern eine Länge von 0,142 nm, was sie sehr stark macht. Die Bindungen zwischen den Blättern sind jedoch nur 0,335 nm lang, was diese langen Bindungen sehr schwach macht. Dies verleiht Graphit eine hervorragende Schmierung. Diamantkristalle bestehen aus Kohlenstoffatomen, die durch kovalente Bindungen zusammengehalten werden.