Estructura cristalina
En estado sólido, carbono elemental, silicio, germanio y estaño gris (definido como alfa estaño) existen como cristales cúbicos, basados en una disposición tridimensional de enlaces. Cada átomo está unido covalentemente a cuatro átomos vecinos de tal manera que forman las esquinas de un tetraedro (un sólido que consta de cuatro caras de tres lados). Un resultado práctico es que no se pueden distinguir moléculas pequeñas discretas de estos elementos, como las formadas por nitrógeno, fósforo o arsénico; en su lugar, cualquier partícula sólida o fragmento de uno de estos elementos, independientemente de su tamaño, se une uniformemente en su totalidad y, por lo tanto, todo el fragmento puede considerarse como una molécula gigante. La disminución de los puntos de fusión, los puntos de ebullición y la disminución de las energías térmicas asociadas con la fusión (fusión), la sublimación (cambio de sólido a gas) y la vaporización (cambio de líquido a gas) entre estos cuatro elementos, con un número atómico y tamaño atómico crecientes, indican un debilitamiento paralelo de los enlaces covalentes en este tipo de estructura. La disposición real o probable de los electrones de valencia es a menudo imposible de determinar y, en cambio, se consideran los estados de energía relativa de los electrones, en el suelo, o el estado menos energético del átomo. Por tanto, la misma tendencia de los estados no metálicos hacia los metálicos se indica mediante la disminución de la dureza y la disminución de la energía de enlace simple entre los átomos. El carbono cristaliza en dos formas, como diamante y como grafito; el diamante se distingue de todas las demás formas elementales por la extrema estabilidad de su estructura cristalina, mientras que el grafito tiene una estructura de capas. Como era de esperar, la división entre capas de grafito es mucho más fácil de efectuar que la ruptura dentro de una capa. Las estructuras cristalinas del estaño beta (β) blanco y el plomo elemental son estructuras claramente metálicas. En un metal, los electrones de valencia pueden moverse libremente de un átomo a otro y le dan al metal su conductividad eléctrica.