前面已经说过，纯净的碳除了以煤的方式存在，还有两种物质形式——金刚石与石墨。金刚石很昂贵，透明有光泽，而石墨却是灰色普通的东西，可以用来写字。就是这么两种看上去完全不同的东西却有相同的成分。它们的性质之所以完全不同，是因为晶体中碳原子的排列方式不同。
金刚石晶体中碳原子排列得非常紧凑，所以比重很大，硬度也比其他矿物的大。除此之外它的折光率也很高。熔化的岩石在30个大气压下才能结晶出金刚石，甚至有时候压力高达6万个大气压。这么大的压力只有在地下60～100千米的深处存在，这样的深度导致岩石很难钻出地面，所以这就是为什么金刚石如此稀少的原因。
金刚石硬度大、折光率高，所以它的价值很高。雕琢过的金刚石就是钻石，因此金刚石在宝石中位列第一。自古以来，印度就以出产金刚石著名，那里的金刚石是从沙里采集出来的。之后，巴西（1727年）、非洲（1867年）和俄罗斯也陆续发现了产金刚石的沙地。
现在，非洲是全世界产金刚石最多的地方，主要集中在奥兰治河右岸的支流瓦尔河流域。最初，人们是在瓦尔河河谷的沙地中开采金刚石，不久后发现离河很远的山坡上有一种蓝色黏土，这种黏土里也有金刚石。所以人们把目光转向了蓝色黏土，“金刚石狂热病”开始。非常多的人抢着购买3米×3米的一块块蓝色黏土区，导致那里的地价突然高涨好几百万倍。买到地的人把地面挖出巨大的深坑，从坑底到地面架设出很多线路，人们像蚂蚁似的忙碌着把开出来的珍贵黏土往上运，再从运出的黏土中采出金刚石。但是黏土层没那么厚，因此人们很快就将黏土挖尽了。
金刚石和石墨的主要成分都是碳，但是碳原子在这两种物质中的排列方法是不一样的。
左图是金刚石的原子结构图，碳原子周围有4个碳原子，这4个碳原子与中心的碳原子保持相等的距离。
右图是石墨的原子结构图，它的碳原子排列是成层的，而且层与层之间结合得并不紧密。
再往下是一种绿色的坚硬岩层——角砾云母橄榄岩。虽然这种岩石里也有金刚石，但是开采出来非常困难，代价很高。所以这些地主只能被迫停止开采。在停顿了一个时期后，有雄厚资本的股份公司采用竖坑作业法又开始了新一轮的开采。散落在角砾云母橄榄岩里的金刚石颗粒很小，重量不到100毫克，也就是小于半个克拉。但是有时也能开采到很大的颗粒。
在很长的一段时间里，世界上最大的一颗金刚石叫作“超级钻石”，它的重量有972克拉，合194克。直到1906年，出现了更大的金刚石，人们叫它“非洲之星”，重量达3025克拉，合605克。一般能超过10克拉的金刚石就已经很少见了，价格也非常昂贵。名贵的钻石重量是在40～200克拉。除此之外，还有两种金刚石，分别是钻石屑和黑金刚石，它们的价值也很高，不过不是用于装饰物，而是在技术方面，比如，制造电灯泡钨丝的车床，还有用来钻坚硬的岩层，就需要颗粒很大的金刚石。
含有金刚石的岩石一般藏在很深的地方，人们很难达到。火山爆发时，地下有岩浆流过的孔道，含金刚石的岩石便是在这种孔道里填充着。已知的地面上由于火山爆发形成的漏斗状火山口有15处，最大的直径长达350米，其余的宽度在30～100米。
再来说说石墨，石墨中碳原子是成层分布的，所以很容易分开。石墨不是透明的，泛着金属光泽，质地柔软，容易剥落成片，可以在纸上留下痕迹。石墨很难与氧气化合，哪怕是极高的温度也没用，所以石墨非常耐火。
石墨的生成有两种情况：一种是在生成火成岩时，从岩浆中冒出的二氧化碳分解后变成的；还有一种是由煤变成的。著名的西伯利亚石墨矿床就属于第一种情况，位于西伯利亚的火成岩——霞石正长岩中有非常纯净的石墨晶体。叶尼塞河流域的石墨矿层则属于第二种情况，是由煤变成的，纯度不是很高，含的灰分很多。
我们每天用铅笔写字，其实就是在和石墨打交道。制造铅笔芯时要把石墨与黏土混合在一起，黏土的用量决定了铅笔的软硬。硬铅中黏土多，软铅中黏土少。制好的铅笔芯嵌在木条里，再把木条胶合。开采出来的石墨，用于制造铅笔芯的只占5%。剩下大部分的石墨是用来制造耐火坩埚、电炉里的电极和润滑大型机器里易磨损的零件。
