碳單質通常是無臭無味的固體。單質碳的物理和化學性質取決於它的晶體結構，外觀、密度、熔點等各自不同。
碳的單質已知以多種碳同素異形體的形式存在：
石墨
鑽石（金剛石）
富勒烯（Fullerenes，也被稱為巴克球或足球烯，化學式為C60）
無定形碳（Amorphous，不是真的異形體，內部結構是石墨）
碳奈米管（Carbon nanotube）
藍絲黛爾石（Lonsdaleite，與鑽石有相同的鍵型，但原子以六邊形排列，也被稱為六角金剛石）
蠟石（Chaoite，石墨與隕石碰撞時產生，具有六邊形圖案的原子排列）
汞黝礦結構（Schwarzite，由於有七邊形的出現，六邊形層被扭曲到「負曲率」鞍形中的假想結構）
纖維碳（Filamentous carbon，小片堆成長鏈而形成的纖維）
碳氣凝膠（Carbon aerogels，密度極小的多孔結構，類似於熟知的矽氣凝膠）
碳奈米泡沫（Carbon nanofoam，蛛網狀，有分形結構，密度是碳氣凝膠的百分之一，有鐵磁性）
最常見的兩種單質是高硬度的鑽石和柔軟滑膩的石墨，它們晶體結構和鍵型都不同。金剛石每個碳都是四面體4配位，類似脂肪族化合物；石墨每個碳都是三角形3配位，可以看作無限個苯環稠合起來。
以下介紹其中三種:
1.石墨
2.鑽石
3.巴克球C60
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石墨 |
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石墨是元素碳的一種同素異形體，每個碳原子的週邊連結著另外三個碳原子，排列方式呈蜂巢式的多個六邊形。由於每個碳原子均會放出一個電子，那些電子能夠自由移動，因此石墨屬於導電體。 石墨是其中一種最軟的礦物。 它的用途包括製造鉛筆芯和潤滑劑，也可作為壓力管式石墨慢化沸水反應爐(RBMK)(ENwiki)的中子減速劑。
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鑽石 |
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鑽石，是經過琢磨的金剛石。金剛石是無色正八面體晶體，由碳原子以四價鍵鏈接，為目前已知自然存在最硬物質。
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巴克球 |
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富勒烯（Fullerene，又譯作福樂烯），又名巴基球或巴克球（Buckyball），其他名稱還有球碳與芙，是于1985年發現的繼金剛石和石墨之後碳元素的第三種晶體形態。
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