Podział ciał stałych ze względu na strukturę atomowo-cząsteczkową Kryształy Atomy w krysztale ułożone są w pewien powtarzający się regularny wzór zwany siecią krystaliczną. Struktura kryształu NaCl Polikryształy Wiele ciał stałych nie posiada jednolitej struktury krystalicznej dlatego, że są zbudowane z bardzo wielu malutkich kryształków mówimy, że ciała te mają strukturę polikrystaliczną (np. metale). Ciała bezpostaciowe Istnieją w przyrodzie również ciała niekrystaliczne ( np. szkło, smoła, wiele tworzyw sztucznych), w których występuje uporządkowanie atomowe jedynie bliskiego zasięgu. Mówi się o nich, że są cieczami przechłodzonymi o dużej lepkości uporządkowanymi lokalnie. W ciałach bezpostaciowych wiązania między atomami mają różną wytrzymałość, pękają w różnych temperaturach brak ostrego przejścia fazowego. Tymczasem w kryształach wszystkie wiązania mają taką samą wytrzymałość i wobec tego puszczają w tej samej temperaturze.
Oddziaływania w kryształach Pomiędzy atomami i cząsteczkami w kryształach lub ogólniej w ciałach stałych zachodzą zarówno oddziaływania przyciągające jak i odpychające. Siły przyciągające Siły przyciągające (wiążące) mają charakter prawie wyłącznie elektrostatyczny, z nieznacznym jedynie udziałem oddziaływań magnetycznych. Główne różnice istniejące pomiędzy kilkoma rodzajami wiązań krystalicznych można przypisać jakościowym różnicom w ruchu elektronów wokół i w obrębie atomów bądź cząsteczek. Siły odpychające Siły odpychające są przede wszystkim związane z kwantowomechanicznym efektem przekrywania się zewnętrznych orbitali atomowych (cząstkowych) skutkującym wobec zakazu Pauliego pojawianiem się właśnie odpychania (tzw. siły odpychania walencyjnego). W kryształach jonowych dochodzi dodatkowo elektrostatyczne odpychanie pomiędzy jonami jednoimiennymi. ϕ energia oddziaływania pary atomów 0 ϕ(r) ϕ R (r) (r 0, -D 0 ) ϕ A (r) Energia potencjalna oddziaływania pary izolowanych atomów ϕ(r) jako złożenie oddziaływań przyciągających ϕ A (r) i odpychających ϕ R (r). odległość między atomami r Podział kryształów ze względu na rodzaj sił wiążących kryształy jonowe kryształy kowalencyjne kryształy molekularne kryształy metaliczne kryształy o wiązaniu wodorowym
Kryształy jonowe W kryształach jonowych dochodzi do niemal całkowitego przechwycenia chmur elektronów walencyjnych z atomów jednego rodzaju przez atomy drugiego rodzaju. Kryształ taki jest zatem utworzony z jonów dodatnich i ujemnych oddziaływujących ze sobą siłami elektrostatycznymi, przy czym jony te są tak uszeregowane, że siły przyciągania pomiędzy jonami różnoimiennymi przeważają nad siłami odpychania pomiędzy jonami jednoimiennymi. Rozkład ładunku wokół każdego jonu w krysztale jonowym będzie miał w przybliżeniu symetrię kulistą, zaburzoną nieco w pobliżu styku z sąsiadami. Kryształy jonowe tworzą pierwiastki z I i VII (np.kcl) oraz (w nieco mniejszym stopniu) II i VI (np.mgo) grupy układu okresowego. Energia wiązania kryształów jonowych jest bardzo wysoka, np. dla kryształu KCl wynosi 7,1 ev/atom. W niskich temperaturach kryształy jonowe nie przewodzą prądu elektrycznego są izolatorami. W temperaturach podwyższonych wykazują przewodnictwo elektryczne związane z transportem jonów. Kryształy kowalencyjne Każdy z pary atomów tworzących wiązanie przenosi jeden ze swoich elektronów walencyjnych do obszaru stykowego obu atomów. Ściślej, następuje zwiększenie gęstości elektronowej między oddziałującymi atomami tworzy się tzw. mostek elektronowy wiązanie dwuelektronowe o wyraźnych własnościach kierunkowych. Wiązanie kowalencyjne ma charakter wymienny tzn. elektron każdego z dwóch stykających się atomów przebywa przez pewien czas obok jądra drugiego atomu, co prowadzi do powiązania atomów. Kryształy kowalencyjne tworzą pierwiastki z IV grupy układu okresowego (np. Ge, Si, C) oraz w mniejszym stopniu te z III i V grupy (np. AsGa). Energia wiązania kryształów kowalencyjnych jest stosunkowo wysoka np. dla diamentu, czyli krystalicznego węgla, wynosi ona 3,6 ev/atom. Kryształy kowalencyjne nie są tak dobrymi izolatorami jak kryształy jonowe (obserwowalna pewna delokalizacja ładunku w wiązaniu) zalicza się je do półprzewodników.
Kryształy molekularne Kryształy molekularne tworzą atomy lub cząsteczki o zewnętrznych powłokach całkowicie zapełnionych przez elektrony walencyjne (kryształy pierwiastków gazów szlachetnych, kryształy H 2, O 2, CO 2 i większość kryształów związków organicznych). Spoistość zapewniają bardzo słabe siły wzajemnego oddziaływania elektrostatycznego zwane siłami van der Waalsa lub fluktuacyjno-dipolowymi. Pojawienie się tego rodzaju sił można wyjaśnić jakościowo za pomocą następującego rozumowania. Nawet w atomie lub cząsteczce posiadającej średni dipolowy moment elektryczny równy zeru (centrum chmury elektronowej w centrum ładunku dodatniego jądra) wystąpi zawsze zmienny chwilowy moment dipolowy związany z fluktuacjami rozkładu ładunku. Chwilowe pole elektryczne związane z tym momentem będzie z kolei indukować moment dipolowy w sąsiednich atomach. Średnie zaś oddziaływanie momentów pierwotnego oraz indukowanego ma charakter przyciągający. Siły van der Waalsa mają stosunkowo małą wartość jak również krótki zasięg. Z tego powodu kryształy molekularne charakteryzują się małą energią wiązania (rzędu 1% energii wiązania kryształów jonowych i kowalencyjnych np. dla kryształu Ar energia wiązania wynosi 0,08 ev/atom) i niską temperaturą topnienia. Kryształy metaliczne Wiązania metaliczne można sobie wyobrazić jako graniczny przypadek wiązania kowalencyjnego, w którym elektrony walencyjne są wspólne dla wszystkich jonów w krysztale, a nie tylko dla sąsiednich (wiązania kowalencyjne rozmazują się w przestrzeni międzywęzłowej do tego stopnia, że w każdym jej punkcie gęstość elektronowa istotnie różni się od zera. Wynika to z tego, że w atomach, z których jest zbudowany kryształ metaliczny, elektrony na zewnętrznych powłokach są słabo związane i mogą zostać uwolnione z tych atomów kosztem bardzo małej energii w praktyce następuje to w momencie tworzenia sieci krystalicznej. Elektrony oddzielone od atomów poruszają się chaotycznie po bardzo złożonych torach obejmujących cały kryształ są więc wspólne dla wszystkich jonów. Mówimy, że tworzą one gaz elektronowy wypełniający przestrzeń pomiędzy dodatnimi jonami (sieć dodatnich jonów zanurzona w mniej lub więcej jednorodnym morzu ładunku ujemnego). Gaz elektronowy działa na każdy jon siłą przyciągania większą od odpychania pozostałych jonów, w wyniku czego tworzy się wiązanie (gaz elektronowy tworzy rodzaj kleju przenikającego przestrzeń międzyjonową, który przez oddziaływanie elektrostatyczne wciąga w siebie dodatnie jony, gęsto je przez to upakowując). Wiązanie metaliczne w przeciwieństwie do wiązań kowalencyjnych i jonowych działa bezkierunkowo i nie zależy w zasadzie od wartościowości jonu wynika stąd między innymi możliwość tworzenia stopów metali w szerokim zakresie składów oraz możliwość spawania i lutowania różnych od siebie metali. Ponieważ w krysztale metalicznym istnieje wiele nie obsadzonych stanów elektronowych (na zewnętrznych powłokach w atomach są wolne miejsca) to elektrony mogą poruszać się swobodnie w krysztale od atomu do atomu. W konsekwencji kryształy metaliczne są doskonałymi przewodnikami elektryczności i ciepła. Kryształy metaliczne tworzą pierwiastki z początkowych grup układu okresowego, których atomy mają małą liczbę elektronów walencyjnych np. litowce. Energie wiązania kryształów metalicznych są na ogół mniejsze, niż kryształów jonowych lub kowalencyjnych (np. dla niemal czysto metalicznego kryształu Li energia wiązania wynosi 1,6 ev/atom).
Kryształy o wiązaniu wodorowym Wiązanie wodorowe X H Y powstaje wówczas, kiedy atom wodoru H połączony jest z silnie elektroujemnym atomem X (np. atomem azotu lub tlenu), natomiast atom Y ma tzw. wolną parę elektronów (np. wiązania N H O lub N H N) atom wodoru przyciągany jest w tych warunkach przez dwa atomy, przy czym na rzecz atomu X traci swój elektron (charakter jonowy tego połączenia), co oznacza, iż rolę ogniwa wiążącego spełnia po prostu proton (jądro wodoru). Ze względu na małe wymiary protonu, możliwe jest zbliżenie się tylko dwóch najbliższych atomów, w związku z czym w wiązaniu wodorowym przyłączone (sczepione) mogą być tylko dwa atomy. silnie elektroujemny X H LY posiada wolną parę elektronową Wiązania wodorowe są niezbyt silne np. energia wiązania wodorowego dwóch cząsteczek wody wynosi ok. 0,22 ev/czastkę. Wiązania wodorowe odgrywają ważną rolę m.in. w kryształach ferroelektrycznych i w cząsteczkach kwasu DNA. Występuje również pomiędzy cząsteczkami wody i jest odpowiedzialne, łącznie z elektrostatycznymi siłami przyciągania międzydipolowego, za niezwykłe własności fizyczne wody i lodu.!!! Powyższa klasyfikacja kryształów według typu wiązań jest klasyfikacją względną wiele ciał stałych trudno zaliczyć ściśle do określonej klasy kryształów różnorodność i przejściowy charakter mechanizmów wiążących.