W gazach i cieczach cząsteczki mają możliwość swobodnego ruchu i w związku z tym łatwo zmieniają swój kształt. Natomiast ciała stałe charakteryzują się sprężystością postaci , a co za tym idzie określonym kształtem geometrycznym.
W ciałach stałych cząsteczki je budujące mają stałe, ściśle określone miejsca. Mogą podlegać tylko niewielkim ruchom drgającym.
Ciała stałe dzieli się na kryształy, polikryształy oraz ciała bezpostaciowe.
Własnością ciał bezpostaciowych jest izotropia , czyli takie same własności mechaniczne, optyczne i elektryczne w każdym kierunku ciała. Taką własność mają także ciecze i gazy. Przykładem ciała bezpostaciowego jest np. szkło. Szkło określa się pojęciem przechłodzona ciecz, z tego względu, że przejście z fazy stałej do ciekłej nie odbywa się w ściśle określonej temperaturze, ale rozciąga się na pewien przedział temperatur.
Natomiast kryształy charakteryzują się anizotropią. Oznacza to, że różnym kierunkom odpowiadają różne wektorowe własności fizyczne.
W kryształach atomy ułożone są w sposób regularny. Tworzą powtarzające się struktury zwane siecią krystaliczną. Ciała polikrystaliczne natomiast nie wyróżniają się jednolitą strukturą krystaliczną. W ich skład wchodzą bardzo liczne, drobniutkie kryształki.
Badanie struktury ciał krystalicznych stało się możliwe dzięki wykorzystaniu do tego celu promieniowania rentgenowskiego.
W zależności od rodzaju wiązań chemicznych kryształy można podzielić na kilka grup. I tak wyróżnia się:
- kryształy jonowe
- kryształy molekularne
- kryształy atomowe
- kryształy o wiązaniach wodorowych
- kryształy metaliczne.
Rodzaj wiązania w sieci krystalicznej determinuje własności fizyczne kryształów takie jak np. temperatura topnienia, przewodnictwo elektryczne czy twardość.
I tak w kryształach jonowych w węzłach sieci znajdują się na przemian jony dodatnie i ujemne. Pomiędzy gęsto upakowanymi jonami występuje silne oddziaływanie kulombowskie. Wskutek tego kryształy jonowe charakteryzują się wysokimi temperaturami topnienia oraz dużą twardością.
Na skutek braku elektronów swobodnych kryształy jonowe należą do złych przewodników ciepła i prądu elektrycznego.
Typowym przykładem kryształu jonowego jest kryształ chlorku sodu (NaCl).
W kryształach cząsteczkowych z kolei występują cząsteczki, pomiędzy którymi powstają słabe oddziaływania zwane siłami van der Waalsa. Na skutek rozsunięcia ładunków w cząsteczkach zachowują się one jak dipole elektryczne i przyciągają się między sobą.
W kryształach tych również brak elektronów swobodnych i dlatego podobnie jak kryształy jonowe należą do złych przewodników ciepła i energii elektrycznej.
W kryształach atomowych pomiędzy atomami w węzłach sieci krystalicznej dochodzi do uwspólniania par elektronowych z powłok walencyjnych. Są to wiązania kierunkowe i przez to determinują ułożenie atomów w sieci krystalicznej. Przykłądem takich kryształów jest diament i krzem.
I w tych kryształach brak jest elektronów swobodnych , co wpływa na ich złą przewodność cieplną i elektryczną.
Kryształy jonowe charakteryzują się dużą twardością i wysoką temperaturą topnienia.
W kryształach metalicznych również dochodzi do uwspólnienia elektronów walencyjnych, z tym ,że są one wspólne dla wszystkich atomów w sieci. Takie uwspólnione elektrony tworzą gaz elektronowy, który znajduje się między jonami dodatnimi. Na skutek obecności takich swobodnych elektronów kryształy metaliczne jak np. metale alkaliczne są bardzo dobrymi przewodnikami.
Ostatni typ kryształu to kryształy o wiązaniach wodorowych. Przykładem mogą być kryształy ferroelektryczne lub cząsteczki kwasu DNA. Wiazania takie powstają pomiędzy atomami wodoru i atomami pierwiastków charakteryzujących się silna elektroujemnością.
