תוֹכֶן
ברמה האטומית יש למוצקים שלושה מבנים בסיסיים.מולקולות של כוסות וחרסות אינן מופרעות מאוד ללא מבנה או דפוס חוזר על הסידור שלהן: אלה נקראים מוצקים אמורפיים. מתכות, סגסוגות ומלחים קיימים כסריג, וכך גם סוגים מסוימים של תרכובות לא מתכתיות, כולל תחמוצות סיליקון וצורות הפחמן הגרפיט והיהלום. סורגים כוללים יחידות חוזרות, כאשר הקטנות שבהן נקראת תא יחידה. תא היחידה נושא את כל המידע הדרוש לבניית מקרוסקופ סריג בכל גודל נתון.
מאפייני מבנה סריג
כל הסריג מאופיין בכך שהם מסודרים מאוד, כאשר האטומים או היונים המרכיבים אותם מוחזקים במקום במרווחי זמן קבועים. ההתקשרות בסריג מתכתי היא אלקטרוסטטית, ואילו המליטה בתחמוצות סיליקון, גרפיט ויהלום היא קוולנטית. בכל סוגי הסריג החלקיקים המרכיבים מסודרים בתצורה החיובית ביותר מבחינה אנרגטית.
אנרגיה סריג מתכתי
מתכות קיימות כיונים חיוביים בים או בענן של אלקטרונים ממוקדים. נחושת, למשל, קיימת כאלוני נחושת (II) בים של אלקטרונים, כאשר כל אטום נחושת תרם שני אלקטרונים לים זה. האנרגיה האלקטרוסטטית בין יוני המתכת והאלקטרונים היא שמעניקה לסריג את הסדר שלו וללא אנרגיה זו המוצק יהיה אדי. חוזקו של סריג מתכתי מוגדר על ידי אנרגיית הסריג שלו, שהיא שינוי האנרגיה כאשר נוצר שומה אחת של סריג מוצק מהאטומים המרכיבים אותו. קשרים מתכתיים הם חזקים מאוד, וזו הסיבה שלמתכות נוטות להיות טמפרטורות התכה גבוהות, כאשר ההיתוך הוא הנקודה בה מתפרק הסריג המוצק.
מבנים אורגניים קוולנטיים
סיליקון דו-חמצני, או סיליקה, הם דוגמא לסריג קוולנטי. הסיליקון הוא טריוואלינטי, כלומר הוא יוצר ארבעה קשרים קוולנטיים; בסיליקה כל אחד מהקשרים הללו הוא לחמצן. קשר הסיליקון-חמצן חזק מאוד וזה הופך את הסיליקה למבנה יציב מאוד עם נקודת התכה גבוהה. הים של האלקטרונים החופשיים במתכות הוא שהופך אותם למוליכים חשמליים ותרמיים טובים. אין אלקטרונים חינמיים בסיליקה או בסריג קוולנטי אחר, וזו הסיבה שהם מוליכים עניים של חום או חשמל. כל חומר שהוא מוליך לקוי נקרא מבודד.
מבנים קוולנטיים שונים
פחמן הוא דוגמא לחומר שיש לו מבנים קוולנטיים שונים. לפחמן אמורפי, כפי שנמצא בפיח או בפחם, אין מבנה חוזר. גרפיט, המשמש במוליכות העפרונות וייצור סיבי פחמן, בהזמנה רבה יותר. גרפיט כולל שכבות של אטומי פחמן משושה בעובי שכבה אחת. היהלום מסודר עוד יותר, הכולל קשרי פחמן יחד ליצירת סריג טטרהדרלי נוקשה וחזק להפליא. יהלומים נוצרים תחת חום ולחץ קיצוני והיהלום הוא הקשה ביותר מבין כל החומרים הטבעיים הידועים. אולם מבחינה כימית היהלום והפיח זהים. המבנים השונים של אלמנטים או תרכובות נקראים אלוטרופים.