A livello atomico i solidi hanno tre strutture di base. Molecole di vetri e argille sono molto disordinate senza alcuna struttura o modello ripetitivo alla loro disposizione: questi sono chiamati solidi amorfi. Metalli, leghe e sali esistono come reticoli, così come alcuni tipi di composti non metallici, inclusi gli ossidi di silicio e le forme di carbonio e grafite e diamante. I reticoli comprendono unità ripetitive, la più piccola delle quali è chiamata cella unitaria. La cella unitaria contiene tutte le informazioni necessarie per costruire una macrostruttura reticolare di qualsiasi dimensione.

Caratteristiche strutturali del reticolo

Tutti i reticoli sono caratterizzati dall'essere molto ordinati, con i loro atomi o ioni costituiti in atto a intervalli regolari. L'incollaggio nei reticoli metallici è elettrostatico, mentre il legame tra ossidi di silicio, grafite e diamante è covalente. In tutti i tipi di reticolo le particelle costituenti sono disposte nella configurazione più energeticamente favorevole.

Energia del reticolo metallico

I metalli esistono come ioni positivi in ​​un mare o in una nuvola di elettroni delocalizzati. Il rame, ad esempio, esiste come ioni rame (II) in un mare di elettroni, con ciascun atomo di rame che ha donato due elettroni a questo mare. È l'energia elettrostatica tra gli ioni metallici e gli elettroni che conferisce al reticolo il suo ordine e senza questa energia il solido sarebbe un vapore. La forza di un reticolo metallico è definita dalla sua energia reticolare, che è il cambiamento di energia quando una mole di un reticolo solido è formata dai suoi atomi costituenti. I legami metallici sono molto forti, motivo per cui i metalli tendono ad avere alte temperature di fusione, la fusione è il punto in cui il reticolo solido si rompe.

Strutture inorganiche covalenti

Diossido di silicio, o silice, è un esempio di un reticolo covalente. Il silicio è tetravalente, nel senso che formerà quattro legami covalenti; in silice ciascuno di questi legami è un ossigeno. Il legame silicio-ossigeno è molto forte e questo rende la silice una struttura molto stabile con un alto punto di fusione. È il mare degli elettroni liberi nei metalli che li rendono buoni conduttori elettrici e termici. Non ci sono elettroni liberi in silici o in altri reticoli covalenti, motivo per cui sono cattivi conduttori di calore o elettricità. Qualsiasi sostanza che è un cattivo conduttore è chiamata un isolante.

Diverse strutture covalenti

Il carbonio è un esempio di una sostanza che ha diverse strutture covalenti. Il carbonio amorfo, che si trova nella fuliggine o nel carbone, non ha struttura ripetitiva. La grafite, utilizzata nei cavi delle matite e nella produzione di fibra di carbonio, è molto più ordinata. La grafite comprende strati di atomi di carbonio esagonali di spessore monostrato. Il diamante è ancora più ordinato, comprendendo legami di carbonio insieme per formare un reticolo tetraedrico rigido, incredibilmente forte. I diamanti si formano sotto il calore e la pressione estremi e il diamante è la sostanza naturale più dura tra le più conosciute. Chimicamente però, diamanti e fuliggine sono identici. Le diverse strutture di elementi o composti sono chiamate allotropi.