Structură cristalină
În stare solidă, carbon elementar, siliciu, germaniu și staniu gri (definit ca alfa staniu) există ca cristale cubice, bazate pe un aranjament tridimensional al legăturilor. Fiecare atom este legat covalent de patru atomi vecini în așa fel încât formează colțurile unui tetraedru (un solid format din patru fețe cu trei fețe). Un rezultat practic este că nu se pot distinge molecule mici discrete ale acestor elemente, cum ar fi cele formate din azot, fosfor sau arsenic; în schimb, orice particulă solidă sau fragment al unuia dintre aceste elemente, indiferent de mărime, este legată în mod uniform și, prin urmare, întregul fragment poate fi considerat ca o moleculă gigantică. Scăderea punctelor de topire, a punctelor de fierbere și a scăderii energiilor termice asociate cu fuziunea (topirea), sublimarea (schimbarea de la solid la gaz) și vaporizarea (schimbarea de la lichid la gaz) printre aceste patru elemente, cu creșterea numărului atomic și a dimensiunii atomice o slăbire paralelă a legăturilor covalente în acest tip de structură. Aranjamentul real sau probabil al electronilor de valență este adesea imposibil de determinat și, în schimb, se iau în considerare stările relative de energie ale electronilor, în starea solului sau cel mai puțin energetic al atomului. Astfel, aceeași tendință de nemetalică către stări metalice este indicată prin scăderea durității și scăderea energiei cu legătură simplă între atomi. Carbonul cristalizează în două forme, sub formă de diamant și sub formă de grafit; diamantul se deosebește de toate celelalte forme elementare în stabilitatea extremă a structurii sale cristaline, în timp ce grafitul are o structură de strat. După cum este de așteptat, scindarea dintre straturile de grafit este mult mai ușor de realizat decât ruperea într-un strat. Structurile cristaline ale staniu beta (β) alb și plumbul elementar sunt în mod clar structuri metalice. Într-un metal, electronii de valență sunt liberi să se deplaseze de la atom la atom și îi conferă metalului conductivitatea electrică.