Na atomski ravni imajo trdne snovi tri osnovne strukture. Molekule kozarcev in glin so zelo neurejene brez ponavljajoče se strukture ali vzorca njihove razporeditve: ti se imenujejo amorfne trdne snovi. Kovine, zlitine in soli obstajajo kot rešetke, kot tudi nekatere vrste nekovinskih spojin, vključno s silicijevimi oksidi ter grafitnimi in diamantnimi oblikami ogljika. Rešetke sestavljajo ponavljajoče se enote, od katerih se najmanjša imenuje enotna celica. Enota celice vsebuje vse informacije, potrebne za izdelavo mrežaste makrostrukture katere koli velikosti.
Strukturne značilnosti rešetke
Za vse rešetke je značilno, da so zelo urejene, njihovi sestavni atomi ali ioni pa so v pravilnih intervalih. Vezava v kovinskih rešetkah je elektrostatična, medtem ko je vezava v silicijevih oksidih, grafitu in diamantu kovalentna. V vseh vrstah mrež so sestavni delci razporejeni v energetsko najugodnejši konfiguraciji.
Kovinske rešetkaste energije
Kovine obstajajo kot pozitivni ioni v morju ali oblaku delokaliziranih elektronov. Baker, na primer, obstaja v obliki elektronov bakra (II) v morju elektronov, pri čemer je vsak atom bakra temu morju podaril dva elektrona. Elektrostatična energija med kovinskimi ioni in elektroni daje rešetki red in brez te energije bi bila trdna snov para. Trdnost kovinske rešetke je določena z njeno energijo rešetke, to je spremembo energije, ko iz njenih sestavnih atomov nastane en mol trdne rešetke. Kovinske vezi so zelo močne, zato imajo kovine ponavadi visoke temperature taljenja, pri čemer se tališče razgradi v trdni mreži.
Kovalentne anorganske strukture
Silicijev dioksidali silicijev dioksid je primer kovalentne rešetke. Silicij je četverovalenten, kar pomeni, da bo tvoril štiri kovalentne vezi; v silicijevem dioksidu je vsaka od teh vezi na kisik. Vez silicij-kisik je zelo močna, zaradi česar je kremen zelo stabilna struktura z visokim tališčem. Zaradi morja prostih elektronov v kovinah so dobri električni in toplotni vodniki. V silicijevih diovetih ali drugih kovalentnih mrežah ni prostih elektronov, zato so slabi prevodniki toplote ali električne energije. Vsaka snov, ki je slab prevodnik, se imenuje izolator.
Različne kovalentne strukture
Ogljik je primer snovi, ki ima različne kovalentne strukture. Amorfni ogljik, ki ga najdemo v saj ali premogu, nima ponavljajoče se strukture. Grafit, ki se uporablja za vodnike svinčnikov in proizvodnjo ogljikovih vlaken, je veliko bolj urejen. Grafit obsega plasti heksagonalnih ogljikovih atomov enoslojne debeline. Diamant je še bolj urejen in obsega ogljikove vezi, da tvorijo trdo, neverjetno močno tetraedrsko mrežo. Diamanti nastanejo pod izjemno toploto in pritiskom, diamant pa je najtežja od vseh znanih naravnih snovi. Kemično pa sta diamant in saja enaka. Različne strukture elementov ali spojin se imenujejo alotropi.