Kristályszerkezet
Szilárd állapotban elemi szén, szilícium, germánium és szürke ón (meghatározott mint alfa-ón) köbös kristályként léteznek, a kötések háromdimenziós elrendezésén alapulva. Mindegyik atom kovalensen kötődik négy szomszédos atomhoz oly módon, hogy azok egy tetraéder (négy, háromoldalas arcból álló szilárd anyag) sarkát képezik. Gyakorlati eredmény, hogy ezeknek az elemeknek egyetlen különálló kis molekuláját sem lehet megkülönböztetni, például nitrogén, foszfor vagy arzén által alkotott molekulákat; ehelyett ezen elemek bármelyikének szilárd részecskéje vagy fragmense, méretétől függetlenül, egyenletesen kötődik végig, ezért az egész fragmens óriási molekulának tekinthető. Csökkenő olvadáspontok, forráspontok és csökkenő fúzióval (olvadás), szublimációval (szilárdról gázra váltás) és párolgással (folyadékról gázra váltás) járó növekvő atomszám és atomméret jelzi a négy elem között a kovalens kötések párhuzamos gyengülése az ilyen típusú szerkezetben. A vegyértékes elektronok tényleges vagy valószínű elrendezését gyakran lehetetlen meghatározni, és ehelyett az atomok földi vagy legkevésbé energetikai állapotában figyelembe vesszük az elektronok relatív energiaállapotait. Így a nemfémes fémes állapotok felé mutat ugyanezt a tendenciát az atomok közötti keménység csökkenése és az egyszeres kötés csökkenő energiája. A szén kétféle formában kristályosodik, gyémántként és grafitként; a gyémánt kristályszerkezetének rendkívüli stabilitásában elkülönül az összes többi elemi formától, míg a grafit rétegszerkezetű. Amint az várható volt, a grafitrétegek közötti hasítás sokkal könnyebben kivitelezhető, mint egy rétegen belüli repedés. A fehér béta (β) ón és az elemi ólom kristályszerkezetei egyértelműen fémes szerkezetek. Egy fémben a vegyértékes elektronok szabadon mozoghatnak atomról atomra, és megadják a fém elektromos vezetőképességét.