kristallirakenne
Kiinteässä tilassa alkuainehiili, pii, germanium ja harmaa tina (määritelty kuten alfa-tina) esiintyy kuutiokiteinä, jotka perustuvat sidosten kolmiulotteiseen järjestelyyn. Jokainen atomi on kovalenttisesti sitoutunut neljään vierekkäiseen atomiin siten, että ne muodostavat tetraedrin kulmat (kiinteä aine, joka koostuu neljästä kolmiosaisesta kasvosta). Käytännön tulos on, että näistä elementeistä ei voida erottaa erillisiä pieniä molekyylejä, kuten typpeä, fosforia tai arseenia muodostavia molekyylejä; sen sijaan minkä tahansa kiinteän hiukkasen tai osan näistä elementeistä koosta riippumatta sitoutuu tasaisesti kaikkialle, ja siksi koko fragmenttia voidaan pitää jättimolekyylinä. Sulamispisteiden, kiehumispisteiden ja fuusioon (sulamiseen), sublimaatioon (muutos kiinteästä kaasuun) ja höyrystymiseen (muutos nesteestä kaasuksi) liittyvien sulamispisteiden, kiehumispisteiden ja laskeutuvien lämpöenergioiden väheneminen näiden neljän elementin joukossa ilmoittaa kasvavan atomimäärän ja atomikoon kovalenttisten sidosten samanaikainen heikkeneminen tämän tyyppisessä rakenteessa. Valenssielektronien todellista tai todennäköistä järjestelyä on usein mahdotonta määrittää, ja sen sijaan otetaan huomioon elektronien suhteelliset energiatilat atomin maassa tai vähiten energisessa tilassa. Siten saman epämetallin suuntauksen kohti metallitiloja osoittaa kovuuden väheneminen ja atomien välisen yksisidosenergian väheneminen. Hiili kiteytyy kahdessa muodossa, timanttina ja grafiittina; timantti erottuu kaikista muista alkuaineista kristallirakenteensa äärimmäisen vakaudessa, kun taas grafiitilla on kerrosrakenne. Kuten voidaan odottaa, pilkkominen grafiittikerrosten välillä on paljon helpompaa kuin repeämä kerroksen sisällä. Valkoisen beeta- (β) tinan ja alkuaineen lyijyn kristallirakenteet ovat selvästi metallirakenteita. Metallissa valenssielektronit voivat liikkua vapaasti atomista atomiin, ja ne antavat metallille sen sähkönjohtavuuden.