這個就是同素異形體

同素異形體在自然界中比較常見，比如說氧氣（O2）和臭氧（O3）。同素異形體是指由同種元素構成，但是原子排列結構不同的不同物質。比如說石墨烯，金剛石，C60（足球烯）等

同樣是碳元素組成的物質，木炭和鑽石之所以硬度和外觀差別這麼大，是因為它們的內部碳原子排列的結構不同，也就是所謂的同素異形體。

同素異形體，是指由同樣的單一化學元素組成，因排列方式不同，而具有不同性質的單質。同素異形體之間的性質差異主要表現在物理性質上，化學性質上也有著活性的差異。例如磷的兩種同素異形體，紅磷和白磷，它們的著火點分別是240和40攝氏度，但是充分燃燒之後的產物都是五氧化二磷；白磷有劇毒，可溶於二硫化碳，紅磷無毒，卻不溶於二硫化碳。同素異形體之間在一定條件下可以相互轉化，這種轉化是一種化學變化。

鑽石是指經過琢磨的金剛石，金剛石是一種天然礦物，是鑽石的原石。簡單地講，鑽石是在地球深部高壓、高溫條件下形成的一種由碳元素組成的單質晶體。人類文明雖有幾千年的歷史，但人們發現和初步認識鑽石卻只有幾百年，而真正揭開鑽石內部奧秘的時間則更短。在此之前，伴隨它的只是神話般具有宗教色彩的崇拜和畏懼的傳說，同時把它視為勇敢、權力、地位和尊貴的象徵。如今，鑽石不再神秘莫測，更不是隻有皇室貴族才能享用的珍品。它已成為百姓們都可擁有、佩戴的大眾寶石。鑽石的文化源遠流長，今天人們更多地把它看成是愛情和忠貞的象徵。鑽石的好壞可以從以下四個方面來鑑定：色澤，淨度，切工和重量。

碳是一種 非金屬元素，位於 元素週期表的第二週期IVA族。拉丁語為Carbonium，意為“煤，木炭”。碳是一種很常見的元素，它以多種形式廣泛存在於大氣和 地殼和生物之中。 碳單質很早就被人認識和利用，碳的一系列化合物——有機物更是生命的 根本。碳是 生鐵、 熟鐵和鋼的成分之一。 碳能在化學上自我結合而形成大量化合物，在生物上和商業上是重要的分子。生物體內絕大多數分子都含有碳元素。

碳還構成了生活中最常見的其他同素異形體，包括金剛石、石墨、富勒烯、碳奈米管、石墨烯和石墨炔等。

在化學上可以用雜化軌道理論來解釋。

不考慮同位素，就考慮最常見的碳元素，其電子分佈如下圖，中間一個原子核，外面的電子層從內往外被命名為K層、L層、M層········，碳元素K層2個電子，L層4個電子。

軌道理論定義：K層只有s亞層，簡稱為1s；L層有s，p兩個亞層，簡稱為2s，2p(2px, 2py, 2pz)等等。每層其實可以容納兩個自旋相反的電子，碳元素電子層如下

軌道雜化理論簡單來說：就是每層電子性質是不一樣的，但是在雜化軌道中，幾個電子相互組合，組成新的軌道，形成一種共價鍵叫σ鍵，鍵能很強，另外沒有被雜化的電子就形成另一種鍵π鍵，鍵能很弱。

碳元素有三種雜化，sp、sp2、sp3，即

金剛石全部由sp3雜化的碳元素組成(如下圖)，σ共價鍵鍵能很強，形成的金剛石硬度大

而木炭屬於不定性碳材料，裡面各種雜化軌道都有，如果以sp2為主，層間是σ共價鍵鍵能很強，層與層之間是π鍵組成的是范德瓦耳斯鍵，鍵能很弱，所以木炭沒啥硬度，如果sp3雜化的鍵佔了多數，則木炭也會變得很硬，這就是為什麼同樣是木炭硬度會有不同。

首先糾正你寫的一個錯別字，木炭，不是木碳。帶石字旁的碳，是化學元素C的中文名稱，是一種非金屬元素，說的高大上一點就是核電荷數為6的一類原子的總稱，“碳”含義廣泛而又概括，比如碳酸鈣，二氧化碳，碳單質，碳元素，等等，都是密切和元素的概念相關的，是近代化學科學的產物，中國古代比如秦始皇那時候，是沒有這個概念的。

可是秦始皇弄點木炭取暖應該沒有什麼問題吧？所以“炭”是概括的工業性名詞，中國用這個字有2000多年的歷史了，比美帝國主義早多了！這個字區別於“碳”最好理解的意思就是化學成分不純，因為生活中的具體物質哪裡來的那麼純淨的呢！所以這個字更接地氣一些。比如焦炭，木炭，活性炭，炭黑等等。

好吧，回到正題，金剛石比木炭硬是必須的，金剛石是地球上天然物質最硬的。雖然組成上都是碳原子，但是碳原子的排列結構不同啊，金剛石中的碳原子排布是空間網狀結構，整個晶體渾然一體，空間立體上強大的共價鍵相互支撐，我一會兒找一張圖放在下面給你看看？

而木炭就不一樣了，首先成分不純，比如燒木炭的時候有灰分剩餘吧，這些雜質成分就把木炭中的碳原子挑撥離間了，碳原子都不團結，怎麼能要求硬度大呢？其實初中化學常拿來和金剛石對比硬度的是石墨，石墨雖然理論上和金剛石都是晶體態，但是石墨是一層一層的，雖然每層內部的碳原子關係鐵的要死，但是每層和每層之間就不行了，僅僅靠微弱的範德華引力連線，層間容易滑動，硬度小的很，不過熔點倒是很高，因為熔化需要破壞層內結構的。

碳元素構成的其他單質大致分2類吧，定型態的比較純，結構形態單一，比如金剛石，石墨，還有碳60，就是六十個碳原子構成的跟足球一樣的分子，還有一種叫碳奈米管的，平時老百姓不常見，都是科學家搗鼓的玩意兒。無定型態的還有木炭，焦炭，活性炭，炭黑，剛才也說過了。