Mechanische Eigenschaften wie Formbarkeit und Duktilität gelten nicht für einzelne Atome eines Elements, da mechanische Eigenschaften entstehen, wenn Atome binden. Die Art, Stärke und Ausrichtung dieser resultierenden Bindungen bestimmt die mechanischen Eigenschaften. der Materie.
Die kovalente Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen beinhaltet die Beteiligung von einem, zwei oder drei Elektronen von jedem Atom. Einzelne Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen entstehen am häufigsten, wenn zwei Kohlenstoffatome jeweils hybridisieren und ihre sp3-Orbitale teilen. Einfachbindungen zwischen Kohlenstoffatomen können auch aus anderen, weniger verbreiteten Orbitalhybridisierungen resultieren, wie z. B. sp2-Hybridisierung. Die ungefähre Energie einer einzelnen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung beträgt 80 Kilokaries pro Mol.
Zwei Kohlenstoffatome können auch über zwei hybridisierte sp2-Orbitale und zwei unhybridisierte p-Orbitale Doppelbindungen aufweisen. Die durchschnittliche Energie der resultierenden Bindung beträgt 140 Kilokaries pro Mol.
Diese Werte sind im Vergleich zu anderen elementaren Bindungsenergien außergewöhnlich hoch, wie 38,4 Kilokaries pro Mol für Stickstoff-Stickstoff-Bindungen und 35 Kilokaries pro Mol für Sauerstoff-Sauerstoff-Bindungen. Kohlenstoff ist auch zur Verkettung fähig, der Bildung langer, kontinuierlicher Ketten seiner eigenen Atome. Die hohe interatomare Bindungsstärke und Verkettungsfähigkeit von Kohlenstoff verleihen ihm verschiedene Formen außergewöhnlicher mechanischer Eigenschaften. Kohlenstoffnanoröhren haben einen theoretischen Elastizitätsmodul von 1 Tetrapascal und Zugfestigkeiten zwischen 11 und 63 Gigapascal. Die kovalente Natur und die Direktionalität von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen begrenzen die Formbarkeit und Duktilität von Kohlenstoffallotropen.
