Na atómovej úrovni majú tuhé látky tri základné štruktúry. Molekuly skiel a ílov sú veľmi neusporiadané bez opakujúcej sa štruktúry alebo vzoru ich usporiadania: tieto sa nazývajú amorfné pevné látky. Kovy, zliatiny a soli existujú ako mriežky, rovnako ako niektoré typy nekovových zlúčenín, vrátane oxidov kremíka a grafitových a diamantových foriem uhlíka. Mriežky obsahujú opakujúce sa jednotky, z ktorých najmenšia sa nazýva jednotková bunka. Jednotková bunka nesie všetky informácie potrebné na zostavenie mriežkovej makroštruktúry akejkoľvek danej veľkosti.
Mriežkové štrukturálne charakteristiky
Všetky mriežky sú charakterizované tým, že sú vysoko usporiadané a ich základné atómy alebo ióny sú držané na mieste v pravidelných intervaloch. Väzba v kovových mriežkach je elektrostatická, zatiaľ čo väzba v oxidoch kremíka, grafite a diamantoch je kovalentná. Vo všetkých druhoch mriežky sú základné častice usporiadané v energeticky najvýhodnejšej konfigurácii.
Energia kovovej mriežky
Kovy existujú ako kladné ióny v mori alebo oblaku delokalizovaných elektrónov. Meď napríklad existuje ako ióny medi (II) v mori elektrónov, pričom každý atóm medi daroval tomuto moru dva elektróny. Je to elektrostatická energia medzi kovovými iónmi a elektrónmi, ktorá dáva mriežke jej poradie a bez tejto energie by tuhá látka bola parou. Sila kovovej mriežky je definovaná jej mriežkovou energiou, čo je zmena energie, keď sa z jej atómov, z ktorých sa skladá, vytvorí jeden mól pevnej mriežky. Kovové väzby sú veľmi silné, a preto majú kovy tendenciu mať vysoké teploty topenia, pričom topenie je bod, v ktorom sa pevná mriežka rozpadá.
Kovalentné anorganické štruktúry
Oxid kremičitýalebo oxid kremičitý je príkladom kovalentnej mriežky. Kremík je štvormocný, čo znamená, že vytvorí štyri kovalentné väzby; v kremíku je každá z týchto väzieb na kyslík. Väzba kremík-kyslík je veľmi pevná, čo z kremíka robí veľmi stabilnú štruktúru s vysokou teplotou topenia. Je to more voľných elektrónov v kovoch, ktoré z nich robia dobré elektrické a tepelné vodiče. V kremíkoch alebo iných kovalentných mriežkach nie sú žiadne voľné elektróny, a preto sú zlými vodičmi tepla alebo elektriny. Akákoľvek látka, ktorá má zlý vodič, sa nazýva izolátor.
Rôzne kovalentné štruktúry
Uhlík je príkladom látky, ktorá má rôzne kovalentné štruktúry. Amorfný uhlík, ktorý sa nachádza v sadzi alebo uhlí, nemá opakujúcu sa štruktúru. Grafit používaný oveľa skôr v ceruzkách a na výrobu uhlíkových vlákien. Grafit pozostáva z vrstiev šesťuholníkových atómov uhlíka s hrúbkou jednej vrstvy. Diamant je ešte usporiadanejší a obsahuje uhlíkové väzby, ktoré vytvárajú tuhú, neuveriteľne silnú štvorstennú mriežku. Diamanty sa tvoria za extrémneho tepla a tlaku a diamant je najtvrdší zo všetkých známych prírodných látok. Chemicky sú však diamant a sadze identické. Rôzne štruktúry prvkov alebo zlúčenín sa nazývajú alotropy.