1. Koolstofvermogen om vier covalente bindingen te vormen: Koolstof heeft vier valentie -elektronen, waardoor het vier covalente bindingen met andere atomen kan vormen. Deze tetravalentie maakt koolstof in staat om te binden met een breed scala aan elementen, waaronder zichzelf, waterstof, zuurstof, stikstof, zwavel en fosfor. Dit vermogen om meerdere bindingen te vormen met verschillende atomen leidt tot de enorme reeks mogelijke moleculaire structuren en functionele groepen.

2. Koolstofvermogen om lange ketens te vormen: Koolstofatomen kunnen zich aan elkaar binden en lange ketens, vertakte ketens en ringen vormen. Dit maakt het mogelijk om grote en complexe moleculen te maken met verschillende lengtes, vormen en eigenschappen. Dit is met name duidelijk in polymeren, waar herhalende eenheden van monomeren aan elkaar verbinden om macromoleculen te vormen zoals eiwitten, koolhydraten en nucleïnezuren.

3. Het vermogen van koolstof om dubbele en drievoudige bindingen te vormen: Koolstof kan dubbele en drievoudige bindingen vormen met andere koolstofatomen of met andere elementen zoals zuurstof en stikstof. Deze meerdere bindingen introduceren verschillende geometrieën en elektronendichtheden in moleculen, waardoor hun eigenschappen en reacties verder diversifiëren. Dit leidt tot functionele groepen zoals alkenen, alkynes, ketonen en amiden, elk met uniek chemisch gedrag.

Deze drie kenmerken, gecombineerd met het relatief kleine formaat van koolstof en het vermogen om gemakkelijk stabiele bindingen te vormen, maken het de ruggengraat van het leven en verantwoordelijk voor de ongelooflijke diversiteit van organische verbindingen die in de natuur worden gevonden en in het laboratorium zijn gemaakt.