Kohlenstoff gehört zur vierten Hauptgruppe des Periodensystems.
Diamant
Eine Oktettschale wird gebildet, indem sich ein Kohlenstoffatom mit vier anderen verbindet. Dadurch entstehen Gebilde, bei denen die nächsten Atome in einem Abstand von 158 * 10-12m unter einem Winkel von 109° 28" angeordnet sind. Es können "unendlich" große Kristalle entstehen, die sich durch außergewöhnliche Härte auszeichnen: Diamant.
Graphit
Mit drei anderen C-Atomen kann sich ein C-Atom zu einem ebenen Gebilde zusammenschliessen, mit einem Bindungswinkel von 120° und einem Bindungsabstand von 142 * 10-12m. Das weitere Elektron, das zur Auffüllung des Oktetts nötig ist, ist im sogenannten P-Orbital oberhalb und unterhalb des Dreiecks angeordnet. Aus diesem Elementarbaustein können sich wiederum "unendlich" große ebene Gebilde aus Sechsecken (bienenwabenartig angeordnet) bilden. Die P-Elektronen bilden sogenannte π-Elektronen-Orbitale. Auf diese ist die hohe elektrische Leitfähigkeit von Graphit zurückzuführen.
Eine ähnliche Elektronenstruktur habe die sogenannten aromatischen Verbindungen, die aus sechs-Ringanordnungen von Kohlenstoffatomen aufgebaut sind.
Fullerene und Nano-Tubes
Bei der Pyrolyse von Graphit hat man im Jahre 1985 Moleküle entdeckt, die aus 60 C-Atomen bestehen und offensichtlich sehr stabil sind. Die Strukturanalyse hat ergeben, dass die 60 Atome wie auf der Oberfläche eines Fussballs in fünf- und sechs-Ringen angeordnet sind. Man hat mit diesen Molekülen hochinteressante Verbindungen erzeugt, bei denen diese Fussbälle kettenförmig angeordnet sind bzw. bei denen Fremdatome von den Fussbällen umschlossen sind. Man hat bei diesen Strukturuntersuchungen der Pyrolyseprodukte des Graphits auch sogenannte Nano-Tubes gefunden, bei denen graphitähnliche Strukturen röhrenförmig auftreten. Diese Nano-Tubes haben große Aussichten bei neuen Produkten mit außerordentlichen elektrischen und technischen Eigenschaften verwendet zu werden.
