La nivel atomic solidele au trei structuri de bază. Moleculele de sticle și argile sunt foarte dezordonate, fără structură sau model repetate în aranjamentul lor: acestea sunt numite solide amorfe. Metalele, aliajele și sărurile există ca rețele, la fel ca unele tipuri de compuși nemetalici, inclusiv oxizi de siliciu și formele de carbon din grafit și diamant. Rețelele cuprind unități repetate, dintre care cea mai mică este numită celulă unitară. Celula unitară poartă toate informațiile necesare pentru a construi o macrostructură de rețea de orice dimensiune dată.
Caracteristici structurale de rețea
Toate rețelele se caracterizează prin faptul că sunt foarte ordonate, cu atomii sau ionii lor constanți la intervale regulate. Legătura în rețelele metalice este electrostatică, în timp ce legătura în oxizi de siliciu, grafit și diamant este covalentă. În toate tipurile de rețele, particulele constitutive sunt aranjate în configurația cea mai favorabilă din punct de vedere energetic.
Energie de rețea metalică
Metalele există ca ioni pozitivi într-o mare sau nor de electroni delocalizați. Cuprul, de exemplu, există ca ioni de cupru (II) într-o mare de electroni, fiecare atom de cupru donând doi electroni acestei mări. Energia electrostatică dintre ionii metalici și electroni este cea care dă rețelei ordinea și fără această energie solidul ar fi un vapor. Puterea unei rețele metalice este definită de energia rețelei sale, care este schimbarea energiei atunci când se formează un mol al unei rețele solide din atomii săi constitutivi. Legăturile metalice sunt foarte puternice, motiv pentru care metalele tind să aibă temperaturi ridicate de topire, topirea fiind punctul în care rețeaua solidă se descompune.
Structuri anorganice covalente
Dioxid de siliciu, sau silice, este un exemplu de rețea covalentă. Siliciul este tetravalent, adică va forma patru legături covalente; în silice fiecare dintre aceste legături este la un oxigen. Legătura siliciu-oxigen este foarte puternică și acest lucru face din silice o structură foarte stabilă, cu un punct de topire ridicat. Marea electronii liberi din metale este cea care le face buni conductori electrici și termici. Nu există electroni liberi în silice sau alte rețele covalente, motiv pentru care sunt conductori slabi ai căldurii sau electricității. Orice substanță care este un conductor slab se numește izolator.
Diferite structuri covalente
Carbonul este un exemplu de substanță care are structuri covalente diferite. Carbonul amorf, așa cum se găsește în funingine sau cărbune, nu are o structură repetată. Grafit, utilizat în firele de creioane și producția de fibre de carbon, mult mai ordonat. Grafitul cuprinde straturi de atomi de carbon hexagonali cu grosimea unui singur strat. Diamantul este și mai ordonat, cuprinzând legături de carboni între ele pentru a forma o rețea tetraedrică rigidă, incredibil de puternică. Diamantele se formează la căldură și presiune extremă, iar diamantul este cea mai dură dintre toate substanțele naturale cunoscute. Din punct de vedere chimic, diamantul și funinginea sunt identice. Diferitele structuri ale elementelor sau compușilor se numesc alotropi.