מבנים ענקיים ומולקולות קטנות.

שלב 1 מתוך 7

יסוד אחד, ארבעה מוצקים

יהלום וגרפיט, החומר שבעיפרון, עשויים שניהם מאטומי פחמן בלבד. ההבדל ביניהם הוא רק באופן שבו האטומים קשורים. צורות שונות של אותו יסוד נקראות אלוטרופים.

ביהלום כל אטום פחמן קשור בקשרים קוולנטיים לכמה שכנים, וכל אחד מהם לשכנים נוספים, וכך הלאה לאורך כל הגביש. אין בו מולקולות נפרדות: כל הגביש הוא מבנה קוולנטי ענק אחד. כדי להמיס יהלום צריך לשבור קשרים קוולנטיים רבים, ולכן הוא קשה מאוד ועמיד לחום. ספרו לכמה שכנים קשור כל אטום.

שלב 2 מתוך 7

שכבות

בגרפיט האטומים מסודרים בשכבות שטוחות של משושים. בתוך שכבה הקשרים קוולנטיים וחזקים, אבל בין השכבות פועלים רק כוחות חלשים. נבאו מה יקרה כשנחליק את השכבות העליונות צעד שלם.

שלב 3 מתוך 7

אל־מתכת שמוליכה

בגרפיט כל אטום קשור רק לשלושה שכנים, ולכן מארבעת האלקטרונים החיצוניים שלו אחד לא משתתף בקשר. האלקטרונים האלה נעים בחופשיות לאורך השכבה, ובזכותם גרפיט מוליך חשמל, אף שפחמן הוא אל־מתכת. לכן משתמשים בגרפיט באלקטרודות ובסוללות.

שלב 4 מתוך 7

מולקולה של פחמן

כדור באקי, C₆₀, הוא משהו אחר: מולקולה של $60$⁠ אטומי פחמן. הקשרים בתוך הכדור קוולנטיים וחזקים, אבל בין כדור לכדור פועלים רק כוחות חלשים. כך בנויים חומרים מולקולריים: מים, פחמן דו־חמצני, חמצן, סוכר. כשהם נמסים או רותחים, המולקולות מתרחקות זו מזו, אבל הן נשארות שלמות. לכן לחומרים מולקולריים נקודות התכה ורתיחה נמוכות בהרבה.

שלב 5 מתוך 7

המבנה קובע

מבנה	חלקיקים	מה מחזיק	נקודת התכה	מוליך?
יוני	יונים	משיכה בין מטענים הפוכים	גבוהה	רק בהתכה או בתמיסה
מתכתי	יונים חיוביים ואלקטרונים	ים של אלקטרונים	לרוב גבוהה	כן
קוולנטי ענק	אטומים	קשרים קוולנטיים בכל הגביש	גבוהה מאוד	לא (חוץ מגרפיט)
מולקולרי	מולקולות	כוחות חלשים בין המולקולות	נמוכה	לא

שלב 6 מתוך 7

שכבה אחת

גרפן הוא שכבה אחת של גרפיט, בעובי אטום אחד. כל אטום בה קשור לשכניו באותה דרך כמו בגרפיט. ספרו כמה שכנים יש לכל אטום פחמן בשכבה.

שלב 7 מתוך 7

החזרה

שכבה של גרפן היא רשת של משושים. כמה רחוק צריך לזוז כדי שהכול ייראה בדיוק אותו דבר?