Krystalová struktura
V pevném stavu elementární uhlík, křemík, germanium a šedý cín (definované jako alfa cín) existují jako krychlové krystaly, založené na trojrozměrném uspořádání vazeb. Každý atom je kovalentně vázán na čtyři sousední atomy takovým způsobem, že tvoří rohy čtyřstěnu (pevná látka skládající se ze čtyř třístranných ploch). Praktickým výsledkem je, že nelze rozlišit žádné jednotlivé malé molekuly těchto prvků, jako jsou ty, které jsou tvořeny dusíkem, fosforem nebo arzenem; místo toho je jakákoli pevná částice nebo fragment jednoho z těchto prvků, bez ohledu na velikost, jednotně vázána v celém rozsahu, a proto lze celý fragment považovat za obří molekulu. Klesající body tání, teploty varu a snižující se tepelné energie spojené s fúzí (tání), sublimací (změna z pevné látky na plyn) a odpařováním (změna z kapalné látky na plyn) mezi tyto čtyři prvky se zvyšujícím se atomovým číslem a atomovou velikostí paralelní oslabení kovalentních vazeb v tomto typu struktury. Skutečné nebo pravděpodobné uspořádání valenčních elektronů je často nemožné určit a místo toho se berou v úvahu relativní energetické stavy elektronů v zemi nebo v nejméně energetickém stavu atomu. Stejný trend nekovu ke kovovým stavům je tedy indikován snížením tvrdosti a snížením energie jednoduché vazby mezi atomy. Uhlík krystalizuje ve dvou formách, jako diamant a jako grafit; diamant stojí na rozdíl od všech ostatních elementárních forem v extrémní stabilitě své krystalové struktury, zatímco grafit má strukturu vrstev. Jak lze očekávat, štěpení mezi vrstvami grafitu je mnohem snazší než prasknutí ve vrstvě. Krystalové struktury bílého beta (β) cínu a elementárního olova jsou jasně kovové struktury. V kovu se valenční elektrony mohou volně pohybovat od atomu k atomu a dodávají kovu jeho elektrickou vodivost.