På atomnivå har fastämnen tre grundläggande strukturer. Molekyler av glasögon och leror är mycket störda utan upprepande struktur eller mönster till deras arrangemang: dessa kallas amorfa fasta ämnen. Metaller, legeringar och salter finns som gitter, liksom vissa typer av icke-metalliska föreningar, inklusive kiseloxider och grafit- och diamantformerna av kol. Gitter innefattar repeterande enheter, den minsta kallas en enhetscell. Enhetscellen bär all information som behövs för att konstruera en gittermakrostruktur av vilken storlek som helst.

Strukturegenskaper för gitter

Alla gitter kännetecknas av att de är högbeställda, med deras beståndsdelar eller joner på plats med jämna mellanrum. Bindningen i metallgaller är elektrostatisk, medan bindningen i kiseloxider, grafit och diamant är kovalent. I alla slags gitter är de ingående partiklarna anordnade i den mest energiskt fördelaktiga konfigurationen.

Metallisk gitter energi

Metaller finns som positiva joner i ett hav eller moln av delokaliserade elektroner. Koppar existerar till exempel som koppar (II) joner i ett hav av elektroner, varvid varje kopparatom har donerat två elektroner till detta hav. Det är den elektrostatiska energin mellan metalljoner och elektroner som ger gitteret sin ordning och utan denna energi skulle det fasta materialet vara en ånga. Styrkan hos en metallgitter definieras av dess gitter energi, vilket är förändringen i energi när en mol av en fast gitter bildas från dess beståndsdelar. Metallbindningar är mycket starka, varför metaller tenderar att ha höga smälttemperaturer, smältning är den punkt där det fasta gallret bryts ner.

Kovalenta oorganiska strukturer

Kiseldioxid, eller kiseldioxid, är ett exempel på en kovalent gitter. Silikon är tetravalent, vilket betyder att det kommer att bilda fyra kovalenta bindningar; i kiseldioxid är varje av dessa bindningar ett syre. Kisel-syrebindningen är mycket stark och detta gör kiseldioxid till en mycket stabil struktur med en hög smältpunkt. Det är havet av fria elektroner i metaller som gör dem bra elektriska och termiska ledare. Det finns inga fria elektroner i kisel eller andra kovalenta gitter, varför de är dåliga ledare av värme eller el. Varje ämne som är en dålig ledare kallas en isolator.

Olika kovalenta strukturer

Kol är ett exempel på ett ämne som har olika kovalenta strukturer. Amorft kol, som finns i sot eller kol, har ingen upprepande struktur. Grafit, som används i blyertspennor och produktion av kolfiber, mer långtorderad. Grafit innefattar lager av hexagonala kolatomer med en skikt tjocklek. Diamanten är ännu mer beställd, bestående av kolkar sammanbindningar för att bilda en stel, otroligt stark tetraedral gitter. Diamanter bildas under extrem värme och tryck och diamant är det svåraste av alla kända naturliga ämnen. Kemiskt men diamant och sot är identiska. De olika strukturerna av element eller föreningar kallas allotroper.