Kristallstruktur
I fast tillstånd, elementärt kol, kisel, germanium och grå tenn (definierat som alfa-tenn) finns som kubiska kristaller, baserade på ett tredimensionellt arrangemang av bindningar. Varje atom är kovalent bunden till fyra angränsande atomer på ett sådant sätt att de bildar hörnen på en tetraeder (ett fast ämne som består av fyra tresidiga ytor). Ett praktiskt resultat är att inga separata små molekyler av dessa element, såsom de som bildas av kväve, fosfor eller arsenik, kan urskiljas; istället är vilken som helst fast partikel eller fragment av ett av dessa element, oberoende av storlek, enhetligt bunden genomgående, och därför kan hela fragmentet betraktas som en jätte molekyl. Minskande smältpunkter, kokpunkter och minskande värmeenergier associerade med fusion (smältning), sublimering (förändring från fast till gas) och förångning (byte från vätska till gas) bland dessa fyra element, med ökande atomnummer och atomstorlek, indikerar en parallell försvagning av de kovalenta bindningarna i denna typ av struktur. Det faktiska eller troliga arrangemanget av valenselektroner är ofta omöjligt att bestämma, och i stället beaktas elektronernas relativa energitillstånd, i markens eller minst energiska tillstånd. Sålunda indikeras samma trend av icke-metalliskt mot metalliska tillstånd genom minskande hårdhet och minskande enkelbindningsenergi mellan atomer. Kol kristalliserar i två former, som diamant och som grafit; diamant skiljer sig från alla andra elementformer i den extrema stabiliteten i sin kristallstruktur, medan grafit har en skiktstruktur. Som kan förväntas är klyvning mellan lager av grafit mycket lättare att genomföra än brott i ett lager. Kristallstrukturerna i vit beta (β) tenn och elementar bly är tydligt metallstrukturer. I en metall är valenselektronerna fria att röra sig från atom till atom, och de ger metallen dess elektriska ledningsförmåga.