Na atomové úrovni mají pevné látky tři základní struktury. Molekuly skel a jílů jsou velmi neuspořádané bez opakující se struktury nebo vzoru jejich uspořádání: říká se jim amorfní pevné látky. Kovy, slitiny a soli existují jako mřížky, stejně jako některé typy nekovových sloučenin, včetně oxidů křemíku a grafitových a diamantových forem uhlíku. Mříže zahrnují opakující se jednotky, z nichž nejmenší se nazývá jednotková buňka. Jednotková buňka nese všechny informace potřebné ke konstrukci mřížkové makrostruktury jakékoli dané velikosti.
Mřížové strukturní charakteristiky
Všechny mřížky se vyznačují tím, že jsou vysoce uspořádané a jejich základní atomy nebo ionty jsou drženy na místě v pravidelných intervalech. Vazba v kovových mřížkách je elektrostatická, zatímco vazba v oxidech křemíku, grafitu a diamantu je kovalentní. Ve všech typech mřížek jsou základní částice uspořádány v energeticky nejvýhodnější konfiguraci.
Energie kovové mřížky
Kovy existují jako kladné ionty v moři nebo oblaku delokalizovaných elektronů. Měď například existuje jako ionty mědi v moři elektronů, přičemž každý atom mědi daroval tomuto moři dva elektrony. Je to elektrostatická energie mezi kovovými ionty a elektrony, která dává mřížce její řád a bez této energie by pevná látka byla parou. Síla kovové mřížky je definována její mřížovou energií, což je změna energie, když se z jejích atomů tvoří jeden mol pevné mřížky. Kovové vazby jsou velmi silné, a proto mají kovy tendenci mít vysoké teploty tání, přičemž tání je bodem, ve kterém se pevná mřížka rozpadá.
Kovalentní anorganické struktury
Oxid křemičitý, nebo oxid křemičitý, je příkladem kovalentní mřížky. Křemík je čtyřmocný, což znamená, že vytvoří čtyři kovalentní vazby; v křemíku je každá z těchto vazeb na kyslík. Vazba křemík-kyslík je velmi silná, což z křemíku činí velmi stabilní strukturu s vysokou teplotou tání. Je to moře volných elektronů v kovech, které z nich dělají dobré elektrické a tepelné vodiče. V oxidech křemičitých nebo jiných kovalentních mřížkách nejsou žádné volné elektrony, a proto jsou špatnými vodiči tepla nebo elektřiny. Každá látka, která má špatný vodič, se nazývá izolátor.
Různé kovalentní struktury
Uhlík je příkladem látky, která má různé kovalentní struktury. Amorfní uhlík, který se nachází v sazích nebo uhlí, nemá opakující se strukturu. Grafit, který se používá ve vodicích tužek a při výrobě uhlíkových vláken, je mnohem objednanější. Grafit obsahuje vrstvy hexagonálních atomů uhlíku o tloušťce jedné vrstvy. Diamant je ještě více uspořádaný a obsahuje uhlíkové vazby dohromady, které tvoří tuhou, neuvěřitelně silnou čtyřboká mříž. Diamanty se tvoří za extrémního tepla a tlaku a diamant je nejtvrdší ze všech známých přírodních látek. Chemicky jsou diamant a saze identické. Různé struktury prvků nebo sloučenin se nazývají alotropy.