Struttura cristallina
Allo stato solido, carbonio elementare, silicio, germanio e stagno grigio (definito come alfa stagno) esistono come cristalli cubici, basati su una disposizione tridimensionale di legami. Ogni atomo è legato in modo covalente a quattro atomi vicini in modo tale da formare gli angoli di un tetraedro (un solido costituito da quattro facce a tre lati). Un risultato pratico è che non si possono distinguere piccole molecole discrete di questi elementi, come quelle formate da azoto, fosforo o arsenico; invece, qualsiasi particella solida o frammento di uno di questi elementi, indipendentemente dalla dimensione, è uniformemente legata ovunque e, quindi, lintero frammento può essere considerato come una molecola gigante. La diminuzione dei punti di fusione, i punti di ebollizione e la diminuzione delle energie termiche associate alla fusione (fusione), sublimazione (passaggio da solido a gas) e vaporizzazione (passaggio da liquido a gas) tra questi quattro elementi, con laumento del numero atomico e della dimensione un parallelo indebolimento dei legami covalenti in questo tipo di struttura. La disposizione effettiva o probabile degli elettroni di valenza è spesso impossibile da determinare e, invece, vengono considerati gli stati energetici relativi degli elettroni, nello stato fondamentale o meno energetico dellatomo. Pertanto, la stessa tendenza del non metallico verso stati metallici è indicata dalla diminuzione della durezza e dalla diminuzione dellenergia di legame singolo tra gli atomi. Il carbonio cristallizza in due forme, come diamante e come grafite; il diamante si distingue da tutte le altre forme elementari per lestrema stabilità della sua struttura cristallina, mentre la grafite ha una struttura a strati. Come ci si può aspettare, la scissione tra gli strati di grafite è molto più facile da effettuare rispetto alla rottura allinterno di uno strato. Le strutture cristalline di stagno bianco beta (β) e piombo elementare sono chiaramente strutture metalliche. In un metallo, gli elettroni di valenza sono liberi di spostarsi da un atomo allaltro e conferiscono al metallo la sua conduttività elettrica.