Kristallstruktur
Im festen Zustand elementarer Kohlenstoff, Silizium, Germanium und graues Zinn (definiert) als Alpha-Zinn) existieren als kubische Kristalle, basierend auf einer dreidimensionalen Anordnung von Bindungen. Jedes Atom ist kovalent an vier benachbarte Atome gebunden, so dass sie die Ecken eines Tetraeders bilden (ein Festkörper, der aus vier dreiseitigen Flächen besteht). Ein praktisches Ergebnis ist, dass keine diskreten kleinen Moleküle dieser Elemente, wie sie durch Stickstoff, Phosphor oder Arsen gebildet werden, unterschieden werden können; Stattdessen ist jedes feste Teilchen oder Fragment eines dieser Elemente, unabhängig von seiner Größe, durchgehend gleichmäßig gebunden, und daher kann das gesamte Fragment als riesiges Molekül betrachtet werden. Abnehmende Schmelzpunkte, Siedepunkte und abnehmende Wärmeenergien, die mit Schmelzen (Schmelzen), Sublimation (Wechsel von Feststoff zu Gas) und Verdampfung (Wechsel von Flüssigkeit zu Gas) zwischen diesen vier Elementen verbunden sind, weisen mit zunehmender Ordnungszahl und Atomgröße darauf hin eine parallele Schwächung der kovalenten Bindungen in dieser Art von Struktur. Die tatsächliche oder wahrscheinliche Anordnung von Valenzelektronen ist oft nicht zu bestimmen, und stattdessen werden relative Energiezustände der Elektronen im Grundzustand oder im am wenigsten energetischen Zustand des Atoms berücksichtigt. Somit wird der gleiche Trend von nichtmetallischen zu metallischen Zuständen durch Verringern der Härte und Verringern der Einfachbindungsenergie zwischen Atomen angezeigt. Kohlenstoff kristallisiert in zwei Formen, als Diamant und als Graphit; Diamant unterscheidet sich von allen anderen Elementformen durch die extreme Stabilität seiner Kristallstruktur, während Graphit eine Schichtstruktur aufweist. Wie zu erwarten ist, ist die Spaltung zwischen Graphitschichten viel einfacher zu bewirken als ein Bruch innerhalb einer Schicht. Die Kristallstrukturen von weißem Beta (β) Zinn und elementarem Blei sind eindeutig metallische Strukturen. In einem Metall können sich die Valenzelektronen frei von Atom zu Atom bewegen und geben dem Metall seine elektrische Leitfähigkeit