Причиной, как уже сказал Сергей МИДИмэн, является то, что алмаз и графит имеют различную структуру. Но причину, почему это различие приводит именно к такой разнице в свойствах, он не раскрыл.
Алмаз представляет собой структуру, в которой каждый атом углерода находится в sp3-гибридном состоянии и связан с четырьмя ему подобными. При этом каждая из связей насыщена, свободных валентностей нет и электроны полностью заполняют валентную зону, образованную молекулярными орбиталями, связывающими атомы углерода между собой. При этом все электроны локализованы -- чтобы придать электрону дополнительную энергию для его перемещения, нужно перевести его на соседний уровень внутри зоны, а все уровни заняты. Принцип Паули запрещает находиться двум одинаковым электронам в одной системе, поэтому чтобы "оторвать" электрон и сделать его свободным, нужно придать ему энергию порядка энергии связи углерод-углерод. Такая энергия соответствует дальнему УФ излучению, для которого алмаз непрозрачен. А видимое излучение алмаз пропускает, так как энергии его квантов не хватает для того, чтобы изменить энергию электронов.
У графита ситуация другая. Каждый атом углерода связан с тремя другими атомами (sp2-гибридизация) и четвертый электрон остается "лишним". Эти "лишние" электроны образуют общее для всех атомов слоя электронное облако над и под слоем. В этом облаке электроны делокализованы и свободно перемещаются, чем обеспечивается высокая проводимость графита и сильное поглощение света с любой длиной волны.
Если сможете заточить вершину БРИЛЛИАНТА до одного атома, то там будет один атом.
Обычно же, инструмент, которым гранят алмазы, превращая их в бриллианты, не обладает настолько мелкой зернистостью, что бы отрывать отдельные атомы.
Проще всего понять разницу между аомазом и графитом, рассмотрев как построены их кристаллические решетки. Вот на этом рисунке и представлены расположения атомов углерода в графите и алмазе.
Так что уникальная твердость алмаза связана с тем что структура вещества состоит из связанных в единую конструкцию атомов углерода. А у графита между слоями нет химических связей и естественно он резко проигрывает по прочности алмазу.
Во-первых, переходом алмаза в графит. Переход алмаза в графит легко происходит при температуре 1750°С в вакууме или в среде инертного газа. В том, что получился графит, убеждаемся с помощью рентгенофазового анализа и измерением физических констант.
Во-вторых, сжигаем алмаз и графит в кислороде, в результате чего получаем идентичный продукт реакции -- углекислый газ. Для идентификации углекислого газа используем ИК-спектроскопию и качественные реакции (например, осаждение карбоната кальция).
С помощью инструментальных методов (например, рентгенофлюоресцентн<wbr />ый анализ) определяем, что обе формы содержат только атомы углерода.
Если это относитося к геологии, к распространению изотопов разных элементов в земной коре, то ответ такой. Более легкий нуклид С-12, хотя по химическим свойствам практически не отличается от С-13, благодяря меньшей массе быстрее мигрирует сквозь толщи рыхлых пород, например, песка. Это относится, конечно, не к отдельным атомам С-12 и С-13 (таких в земной коре нет), а к соединениям углерода, которых очень много. Например, в гидрокарбонатных водах подвижность ионов НСО3- чуть-чуть различается, и за сотни, тысячи и миллионы лет могут произойти изменения в изотопном составе, которые можно измерить. Поэтому в кальцитных сталагмитах и сталактитах может быть разное соотношение С-12/С-13. Молекулы углекислого газа, в зависимости от их массы (44 или 45), тоже с разной скоростью поглощаются водой и уходят из нее. А в живой природе фотосинтез в разных растениях идет по разным механизмам (их называют С3 и С4, по числу атомов углерода в ключевом веществе). Поэтому по соотношению С12/С13 можно различить свекловичный и тростниковый сахар: фотосинтез в сахарной свекле и в тростнике идет по-разному.