No nível atômico, os sólidos possuem três estruturas básicas. Moléculas de óculos e argilas são muito desordenadas, sem estrutura ou padrão repetitivo para seu arranjo: são chamados de sólidos amorfos. Metais, ligas e sais existem como treliças, assim como alguns tipos de compostos não-metálicos, incluindo óxidos de silício e as formas de carbono grafite e diamante. As redes compreendem unidades de repetição, a menor das quais é chamada de célula unitária. A célula unitária carrega toda a informação necessária para construir uma macroestrutura de treliça de qualquer tamanho.

Características Estruturais de Treliça

Todas as redes são caracterizadas por serem altamente ordenadas, com seus átomos ou íons constituintes mantidos no lugar em intervalos regulares. A ligação em treliças metálicas é eletrostática, enquanto a ligação em óxidos de silício, grafite e diamante é covalente. Em todos os tipos de treliça, as partículas constituintes são dispostas na configuração mais energeticamente favorável. Metais existem como íons positivos em um mar ou nuvem de elétrons deslocalizados. O cobre, por exemplo, existe como íons de cobre (II) em um mar de elétrons, com cada átomo de cobre tendo doado dois elétrons para esse mar. É a energia eletrostática entre os íons de metal e os elétrons que dá à rede sua ordem e sem essa energia, o sólido seria um vapor. A força de uma rede metálica é definida por sua energia de rede, que é a mudança de energia quando uma mole de uma rede sólida é formada a partir de seus átomos constituintes. As ligações metálicas são muito fortes, e é por isso que os metais tendem a ter altas temperaturas de fusão, sendo o ponto de fusão na estrutura sólida.

Estruturas Inorgânicas Covalentes

Dióxido de silício, ou sílica, é um exemplo de uma rede covalente. O silício é tetravalente, o que significa que formará quatro ligações covalentes; em sílica, cada uma dessas ligações é para um oxigênio. A ligação silício-oxigênio é muito forte e isso torna a sílica uma estrutura muito estável com um alto ponto de fusão. É o mar de elétrons livres em metais que os tornam bons condutores elétricos e térmicos. Não há elétrons livres nas sílicas ou em outras redes covalentes, e por isso são maus condutores de calor ou eletricidade. Qualquer substância que é um mau condutor é chamado de isolante.

Diferentes estruturas covalentes

O carbono é um exemplo de uma substância que tem diferentes estruturas covalentes. O carbono amorfo, encontrado na fuligem ou no carvão, não tem estrutura repetitiva. Grafite, utilizada nos condutores de lápis e na produção de fibra de carbono, em muito mais ordenada. Grafite compreende camadas de átomos de carbono hexagonais de uma camada de espessura. O diamante é ainda mais ordenado, compreendendo ligações de carbonos para formar uma estrutura tetraédrica rígida e incrivelmente forte. Os diamantes são formados sob calor e pressão extremos e o diamante é a substância natural mais difícil de todas. Quimicamente, diamante e fuligem são idênticos. As diferentes estruturas de elementos ou compostos são chamadas de alótropos.