Atominiame lygmenyje kietosios medžiagos turi tris pagrindines struktūras. Akinių ir molio molekulės yra labai netvarkingos, jų struktūra ar modelis nesikartoja: jos vadinamos amorfinėmis kietosiomis dalelėmis. Metalai, lydiniai ir druskos egzistuoja kaip grotelės, kaip ir kai kurie nemetalinių junginių tipai, įskaitant silicio oksidus ir grafito bei deimanto anglies formas. Tinklelius sudaro pasikartojantys vienetai, iš kurių mažiausias vadinamas vienetine ląstele. Vieneto langelyje yra visa informacija, reikalinga bet kokio dydžio gardelių makrostruktūrai sukurti.
Tinklelio konstrukcinės charakteristikos
Visi grotelės pasižymi tuo, kad yra labai tvarkingi, o jų sudedamieji atomai ar jonai laikomi vietoje reguliariais intervalais. Jungimasis metalinėse gardelėse yra elektrostatinis, o silicio oksiduose, grafite ir deimante - kovalentinis. Visų tipų gardelėse esančios dalelės yra išdėstytos energetiškai palankiausiu pavidalu.
Metalinė grotelių energija
Metalai egzistuoja kaip teigiami jonai delokalizuotų elektronų jūroje ar debesyje. Pavyzdžiui, varis elektronų jūroje egzistuoja kaip vario (II) jonai, o kiekvienas vario atomas paaukojo šiai jūrai du elektronus. Tai elektrostatinė energija tarp metalinių jonų ir elektronų suteikia grotelėms jos tvarką ir be šios energijos kietoji medžiaga būtų garai. Metalinio gardelio stiprumą apibrėžia jo grotelių energija, kuri yra energijos pokytis, kai iš jos sudedamųjų atomų susidaro vienas molis kietos grotelės. Metalinės jungtys yra labai stiprios, todėl metalai paprastai turi aukštą lydymosi temperatūrą, o tirpimas yra ta vieta, kurioje kietoji grotelė suyra.
Kovalentinės neorganinės struktūros
Silicio dioksidasarba silicio dioksidas yra kovalentinės grotelės pavyzdys. Silicis yra keturvalentis, vadinasi, jis suformuos keturis kovalentinius ryšius; silicio diokside kiekviena iš šių jungčių yra deguoniui. Silicio ir deguonies ryšys yra labai stiprus, todėl silicio dioksidas yra labai stabili struktūra su aukšta lydymosi temperatūra. Būtent laisvų elektronų jūra metaluose daro juos gerais elektros ir šilumos laidininkais. Siliciuose ar kitose kovalentinėse gardelėse nėra laisvų elektronų, todėl jie yra prasti šilumos ar elektros laidininkai. Bet kuri medžiaga, kuri yra prasta laidininkė, vadinama izoliatoriumi.
Skirtingos kovalentinės struktūros
Anglis yra skirtingos kovalentinės struktūros medžiagos pavyzdys. Amorfinė anglis, randama suodžiuose ar anglyse, neturi pasikartojančios struktūros. Grafitas, naudojamas pieštukų smeigtukams ir anglies pluoštui gaminti, daug labiau užsakytas. Grafitą sudaro vieno sluoksnio storio šešiakampių anglies atomų sluoksniai. Deimantas yra dar labiau sutvarkytas, susidedantis iš anglies jungčių, kad sudarytų tvirtą, nepaprastai tvirtą tetraedrinę gardelę. Deimantai susidaro esant dideliam karščiui ir slėgiui, o deimantas yra sunkiausias iš visų žinomų natūralių medžiagų. Cheminiu požiūriu deimantas ir suodžiai yra identiški. Skirtingos elementų ar junginių struktūros vadinamos alotropais.