Structure cristalline
À létat solide, carbone élémentaire, silicium, germanium et étain gris (défini comme alpha-étain) existent sous forme de cristaux cubiques, basés sur un arrangement tridimensionnel de liaisons. Chaque atome est lié de manière covalente à quatre atomes voisins de telle sorte quils forment les coins dun tétraèdre (un solide composé de quatre faces à trois côtés). Un résultat pratique est quaucune petite molécule discrète de ces éléments, comme celles formées par lazote, le phosphore ou larsenic, ne peut être distinguée; au lieu de cela, toute particule solide ou fragment de lun de ces éléments, quelle que soit sa taille, est uniformément lié partout et, par conséquent, le fragment entier peut être considéré comme une molécule géante. La diminution des points de fusion, des points débullition et des énergies thermiques décroissantes associées à la fusion (fusion), à la sublimation (passage du solide au gaz) et à la vaporisation (passage du liquide au gaz) parmi ces quatre éléments, avec laugmentation du nombre atomique et de la taille atomique, indiquent un affaiblissement parallèle des liaisons covalentes dans ce type de structure. Larrangement réel ou probable des électrons de valence est souvent impossible à déterminer, et, au lieu de cela, les états dénergie relative des électrons, dans le sol, ou létat le moins énergétique, de latome sont considérés. Ainsi, la même tendance des états non métalliques vers des états métalliques est indiquée par une dureté décroissante et une énergie de liaison simple décroissante entre les atomes. Le carbone cristallise sous deux formes, sous forme de diamant et de graphite; le diamant se distingue de toutes les autres formes élémentaires par lextrême stabilité de sa structure cristalline, tandis que le graphite a une structure en couches. Comme on peut sy attendre, le clivage entre les couches de graphite est beaucoup plus facile à effectuer que la rupture à lintérieur dune couche. Les structures cristallines de létain bêta (β) blanc et du plomb élémentaire sont clairement des structures métalliques. Dans un métal, les électrons de valence sont libres de se déplacer datome en atome, et ils donnent au métal sa conductivité électrique.