Unsur kimia
Atom unsur berkemurnian kimia dapat berikatan kimia satu dengan lainnya melalui lebih dari satu cara, memungkinkan unsur murni terdapat dalam banyak struktur kimia (penataan ulang spasial atom), yang dikenal sebagai alotrop, yang memiliki sifat berbeda. Sebagai contoh, karbon dapat dijumpai sebagai intan, yang memiliki struktur tetrahedral di sekeliling masing-masing atom karbon; grafit, yang memiliki lapisan atom karbon dengan struktur heksagonal yang ditumpuk; grafena, yang merupakan lapisan tunggal grafit yang sangat kuat; fulerena, yang memiliki bentuk hampir bulat, dan tabung nano karbon, yang berbentuk tabung dengan struktur heksagonal (bahkan inipun berbeda satu dengan lainnya dalam hal sifat listrik). Kemampuan suatu unsur untuk berada dalam lebih dari satu bentuk struktur dikenal sebagai 'alotropi'.
Karbon
Berbagai alotrop karbon memiliki ciri-ciri yang sangat berlawanan satu sama lainnya:
Isotop karbon adalah inti atom yang memiliki enam proton ditambah beberapa neutron (bervariasi mulai dari 2 sampai 16). Karbon memiliki dua isotop stabil, secara alami terjadi. Isotop karbon-12 (C-12) membentuk 98,93% karbon yang ada di bumi, sementara isotop Karbon-13 (C-13) membentuk sisanya yakni 1,07%. Konsentrasi isotop C-12 lebih meningkat pada material biologi karena reaksi biokimia menyingkirkan isotop C-13. Pada tahun 1961, IUPAC mengadopsi isotop C-12 sebagai dasar dari masa atom. Identifikasi karbon pada percobaan resonansi magnetik nuklir diselesaikan dengan isotop C-13.