金刚石属于立方晶系，是典型的原子晶体，其面心立方晶胞结构决定了其极高的硬度和化学惰性。室温下金刚石对化学试剂不敏感，但加热到1100K左右能在空气中燃烧生成CO2。相比之下，石墨层间以分子间力结合，层内则有自由电子，因此化学性质比金刚石稍显活泼。
金刚石和石墨的碳原子排列方式有什么区别？
在金刚石晶体中，所有价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子存在，因此金刚石虽然硬度大、熔点高，却不导电。而在石墨中，每个碳原子剩余一个未参加杂化的p轨道，其中的未成对p电子在层内形成离域的大π键，这使得石墨在层向具有良好的导电和导热性质。
石墨的结构特点使其除了质软具有润滑性外，还能导电和耐高温。利用这些特性，石墨被广泛用于制作电极、高温热电偶、坩埚、电刷、润滑剂和铅笔芯等。而金刚石因其极高的硬度和光学性质，除了作为装饰品钻石外，主要用于制造钻头和磨削工具等工业原料。
金刚石中的碳原子采用sp3杂化轨道，每个碳原子都与另外四个碳原子形成共价键，从而构成正四面体结构。这种空间网状结构非常稳固，使得金刚石成为自然界最硬的矿石，并且具有极高的熔点，在所有单质中熔点最高，达到3823K。
石墨中的碳原子则不同，它们以sp2杂化轨道与邻近的三个碳原子形成共价单键。这些碳原子构成六角平面的网状结构，并且层层相连形成片层结构。这种层状结构是石墨质地柔软、容易滑动和裂开的主要原因，同时也赋予了它润滑性。