Atomu līmenī cietajām vielām ir trīs pamatstruktūras. Stikla un māla molekulas ir ļoti nesakārtotas, to struktūrai vai struktūrai neatkārtojas: tās sauc par amorfām cietām vielām. Metāli, sakausējumi un sāļi pastāv kā režģi, tāpat kā daži nemetālisko savienojumu veidi, ieskaitot silīcija oksīdus un oglekļa grafīta un dimanta formas. Režģi sastāv no atkārtotām vienībām, no kurām mazāko sauc par vienības šūnu. Vienības šūna satur visu nepieciešamo informāciju, lai izveidotu jebkura lieluma režģa makrostruktūru.
Režģa strukturālās īpašības
Visiem režģiem ir raksturīga augsta sakārtotība, un to sastāvā esošie atomi vai joni tiek regulāri turēti. Savienojums metāla režģos ir elektrostatisks, turpretī savienojums silīcija oksīdos, grafītā un dimantā ir kovalents. Visu veidu režģi sastāvošās daļiņas ir izvietotas enerģētiski visizdevīgākajā konfigurācijā.
Metāliskā režģa enerģija
Metāli eksistē kā pozitīvi joni delokalizēto elektronu jūrā vai mākonī. Piemēram, varš kā vara (II) joni pastāv elektronu jūrā, un katrs vara atoms šai jūrai ir ziedojis divus elektronus. Tieši elektrostatiskā enerģija starp metāla joniem un elektroniem dod režģim tās kārtību, un bez šīs enerģijas cietā viela būtu tvaiks. Metāliskā režģa stiprumu nosaka tā režģa enerģija, kas ir enerģijas izmaiņas, kad no tā sastāvošajiem atomiem veidojas viens cieta režģa mols. Metāliskās saites ir ļoti spēcīgas, tāpēc metāliem parasti ir augsta kušanas temperatūra, kušana ir tā vieta, kurā cietais režģis sadalās.
Kovalentās neorganiskās struktūras
Silikona dioksīdsvai silīcija dioksīds ir kovalentā režģa piemērs. Silīcijs ir četrvērtīgs, tas nozīmē, ka tas veidos četras kovalentās saites; silīcijā katra no šīm saitēm ir saistīta ar skābekli. Silīcija un skābekļa saite ir ļoti spēcīga, un tas padara silīciju par ļoti stabilu struktūru ar augstu kušanas temperatūru. Tā ir metālu brīvo elektronu jūra, kas tos padara par labiem elektriskajiem un siltuma vadītājiem. Silīcija dioksīdos vai citos kovalentos režģos nav brīvu elektronu, tāpēc tie ir slikti siltuma vai elektrības vadītāji. Jebkuru vielu, kas ir slikts vadītājs, sauc par izolatoru.
Dažādas kovalentās struktūras
Ogleklis ir tādas vielas piemērs, kurai ir dažādas kovalentas struktūras. Amorfajam ogleklim, kas atrodams kvēpos vai oglēs, nav atkārtotas struktūras. Grafīts, ko izmanto zīmuļu galos un oglekļa šķiedras ražošanā, daudz pasūtītāks. Grafīts sastāv no viena slāņa biezuma sešstūra oglekļa atomu slāņiem. Dimants ir vēl sakārtotāks, kopā saturot oglekļa saites, veidojot stingru, neticami spēcīgu tetraedrisko režģi. Dimanti tiek veidoti ļoti karstumā un spiedienā, un dimants ir visgrūtākais no visām zināmajām dabīgajām vielām. Ķīmiski gan dimants un kvēpi ir identiski. Elementu vai savienojumu dažādās struktūras sauc par alotropiem.