Muchos de los elementos son químicamente inestables en su estado de valentía cero. Sus átomos logran estabilidad al emparejarse con átomos vecinos idénticos. El hidrógeno, los haluros, el sulfuro, el oxígeno, el nitrógeno y el fósforo hacen esto: en hidrógeno y cloro, forman moléculas binarias; H2 y Cl2. El fósforo y el azufre forman cadenas más largas.
El carbono forma cadenas de manera similar, pero las cadenas vuelven sobre sí mismas y se unen nuevamente para formar anillos de seis miembros. El carbono elemental existe en varias formas alotrópicas, y en muchas de las formas, como el grafito y el hollín, los átomos forman una matriz plana de estos anillos de seis miembros: la matriz parece alambre de gallina, apilados uno encima del otro. Una de las otras formas es el diamante, y allí los átomos de carbono se unen entre sí en anillos de seis miembros unidos entre sí de una manera que forma una jaula de varios átomos.
El grafito, el hollín y los diamantes son formas de carbono puro que se encuentran en la naturaleza. Se han preparado otras formas de carbono elemental: nanotubos de carbono, buckyballano (C60) y grafeno. El grafeno se compone de láminas de carbono (en la matriz plana de alambre de pollo) exfoliadas hoja por hoja de grafito natural.
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La química discutida anteriormente es el resultado de que los átomos de isótopos de carbono C-12 de carbono cero libre reaccionan entre sí, y no tiene nada que ver con la inestabilidad radiactiva de los otros isótopos de carbono.
