Krystalstruktur
I fast tilstand er elementært kulstof, silicium, germanium og grå tin (defineret som alfa-tin) findes som kubiske krystaller, baseret på et tredimensionelt arrangement af bindinger. Hvert atom er kovalent bundet til fire nærliggende atomer på en sådan måde, at de danner hjørnerne af en tetraeder (et fast stof, der består af fire tre-sidede ansigter). Et praktisk resultat er, at der ikke kan skelnes mellem adskilte små molekyler af disse grundstoffer, såsom dem, der er dannet af nitrogen, fosfor eller arsen; i stedet er en hvilken som helst fast partikel eller fragment af et af disse grundstoffer, uanset størrelse, ensartet bundet igennem, og derfor kan hele fragmentet betragtes som et kæmpe molekyle. Faldende smeltepunkter, kogepunkter og faldende varmeenergier forbundet med fusion (smeltning), sublimering (skift fra fast stof til gas) og fordampning (skift fra væske til gas) blandt disse fire elementer med stigende atomnummer og atomstørrelse indikerer en parallel svækkelse af de kovalente bindinger i denne type struktur. Det faktiske eller sandsynlige arrangement af valenselektroner er ofte umuligt at bestemme, og i stedet betragtes elektronernes relative energitilstande i atomets eller mindst energiske tilstand af atom. Den samme tendens med ikke-metallisk retning mod metalliske tilstande er således indikeret ved faldende hårdhed og faldende enkeltbinding energi mellem atomer. Kulstof krystalliserer i to former, som diamant og som grafit; diamant adskiller sig fra alle andre elementære former i den ekstreme stabilitet i sin krystalstruktur, hvorimod grafit har en lagstruktur. Som det kan forventes, er spaltning mellem lag af grafit meget lettere at bevirke end brud i et lag. Krystalstrukturerne af hvid beta (β) tin og elementært bly er klart metalliske strukturer. I et metal kan valenselektronerne bevæge sig fra atom til atom, og de giver metallet dets elektriske ledningsevne.