Вътре в химическите частици, но и чрез поставянето на самите частици в пространството една спрямо друга и разстоянията между тях. В зависимост от разположението на частиците в пространството се разграничават порядки на къси и далечни разстояния.
Редът на къси разстояния се състои във факта, че частиците на материята са редовно разположени в пространството на определени разстояния и посоки една от друга. Ако това подреждане се запази или периодично се повтаря в целия обем на твърдото тяло, тогава се формира ред на далечни разстояния. С други думи, порядките на дълги и къси разстояния са наличието на корелация на микроструктурата на веществото или в рамките на цялата макроскопска проба (далеч), или в област с ограничен радиус (късообхватна). В зависимост от кумулативния (или преобладаващия) ефект от подреждането на частиците на къси или дълги разстояния, твърдото вещество може да има кристално или аморфно състояние.
Най-подредено е поставянето на частици в кристали (от гръцки "кристал" - лед), в които атоми, молекули или йони са разположени само в определени точки от пространството, наречени възли.
Кристалното състояние е подредена периодична структура, която се характеризира с наличието както на близък, така и на далечен ред на поставяне на твърди частици.
Анизотропията е характерна особеност на кристалните вещества в сравнение с аморфните.
Анизотропията е разликата във физичните и химичните свойства на кристалното вещество (електрическа и топлопроводимост, якост, оптични характеристики и др.) в зависимост от избраната посока в кристала.
Анизотропията се дължи на вътрешната структура на кристалите. В различни посоки разстоянието между частиците в кристала е различно, следователно количествените характеристики на това или онова свойство за тези посоки ще бъдат различни.
Анизотропията е особено изразена при монокристалите. Това свойство се основава на производството на лазери, обработката на монокристали от полупроводници, производството на кварцови резонатори и ултразвукови генератори. Типичен пример за анизотропно кристално вещество е графитът, чиято структура е представена от успоредни слоеве с различни енергии на свързване в средата на слоевете и между отделните слоеве. Поради това топлопроводимостта по слоевете е пет пъти по-висока, отколкото в перпендикулярна посока, а електрическата проводимост в посока на отделен слой е близка до металната и стотици пъти по-висока от електрическата проводимост в перпендикулярна посока.
Графитна структура (посочени са дължината на C-C връзката вътре в слоя и разстоянието между отделните слоеве в кристала)
Понякога едно и също вещество може да образува кристали с различни форми. Това явление се нарича полиморфизъм, а различните кристални форми на едно вещество се наричат полиморфни модификации, например алотропи, диамант и графит; a-, b-, g- и d-желязо; a- и b-кварц (обърнете внимание на разликата между понятията "алотропия", която се отнася изключително до прости вещества във всеки, и "полиморфизъм", който характеризира структурата само на кристални съединения).
В същото време вещества с различен състав могат да образуват кристали с еднаква форма - това явление се нарича изоморфизъм. И така, изоморфни вещества със същата кристална решетка са Al и Cr и техните оксиди; Ag и Au; BaCl2 и SrCl2; KMnO 4 и BaSO 4.
По-голямата част от твърдите вещества при нормални условия съществуват в кристално състояние.
Твърдите тела, които нямат периодична структура, се класифицират като аморфни (от гръцки " аморфни"- безформен). В тях обаче присъства известна подредба на структурата. Той се проявява в редовното подреждане на най-близките си „съседи“ около всяка частица, тоест аморфните вещества имат само близък ред и по този начин приличат на течности, следователно, с известно приближение, те могат да се разглеждат като преохладени течности с много висок вискозитет . Разликата между течно и твърдо аморфно състояние се определя от естеството на термичното движение на частиците: в аморфно състояние те са способни само на осцилаторно и въртеливо движение, но не могат да се движат в обема на веществото.
Аморфното състояние е твърдо състояние на вещество, характеризиращо се с наличието на близък ред в подреждането на частиците, както и изотропност - същите свойства във всяка посока.
Аморфното състояние на веществата е по-малко стабилно от кристалното състояние, така че аморфните вещества могат да се трансформират в кристално състояние под действието на механично напрежение или при промяна на температурата. Някои вещества обаче могат да бъдат в аморфно състояние за доста дълъг период от време. Например вулканично стъкло (чиято възраст достига няколко милиона години), обикновено стъкло, смоли, восък, повечето хидроксиди на преходни метали и други подобни. При определени условия почти всички вещества могат да бъдат в аморфно състояние, с изключение на металите и някои йонни съединения. От друга страна са известни вещества, които могат да съществуват само в аморфно състояние (органични полимери с неравномерна последователност от елементарни единици).
Физичните и химичните свойства на веществото в аморфно състояние могат да се различават значително от свойствата му в кристално състояние. Реактивността на веществата в аморфно състояние е много по-висока, отколкото в кристално състояние. Например, аморфният GeO2 е много по-активен химически от кристалния.
Преходът на твърдите вещества в течно състояние, в зависимост от структурата, има свои собствени характеристики. За кристално вещество топенето настъпва при определено такова, което е фиксирано за дадено вещество и е придружено от рязка промяна в неговите свойства (плътност, вискозитет и др.). Аморфните вещества, напротив, преминават в течно състояние постепенно, в рамките на определен температурен интервал (т.нар. интервал на омекване), през който настъпва плавна, бавна промяна на свойствата.
Сравнителни характеристики на аморфни и кристални вещества:
| състояние
твърда материя |
Характеристика |
примери |
| аморфен | 1. Краткообхватен ред на поставяне на частици; 2. Изотропия на физичните свойства; 3. Няма фиксирана точка на топене; 4. Термодинамична нестабилност (голям запас от вътрешна енергия) 5. Течност |
Кехлибар, стъкло, органични полимери |
| кристална | 1. Дълъг ред на поставяне на частици; 2. Анизотропия на физичните свойства; 3. Фиксирана точка на топене; 4. Термодинамична стабилност (малък запас от вътрешна енергия) 5. Наличието на симетрия |
Метали, сплави, твърди соли, въглерод (диамант, графит). |
Естествена разлика в структурата на повечето твърди материали (с изключение на монокристалите) в сравнение с течните и особено газообразните (нискомолекулни) вещества е тяхната по-сложна многостепенна организация (виж Таблица 4.1 и Фиг. 4.3). Това се дължи на намаляване на ковалентността и увеличаване на металността и йонността на хомо- и хетероядрените връзки на елементите от тяхната микроструктура (виж фиг. 6.2 и 6.6 и таблици 6.1-6.7), което води до увеличаване на броя на елементи в структурата на веществото и материала и съответното изменение на агрегатното му състояние. При изучаване на структурната йерархия на твърдите материали е необходимо да се разбере единството и разликите в нивата на структурната организация на твърдите метални и неметални материали, като се вземе предвид степента на подреденост в обема на материала на елементите които ги формират. От особено значение е разликата в структурата на твърдите кристални и аморфни тела, която се състои в способността на кристалните материали, за разлика от аморфните тела, да образуват редица по-сложни структури от основното електронно-ядрено химическо ниво на структури.
Аморфно състояние. Спецификата на аморфното (в лентата от гръцки - безформено) състояние се състои в намирането на вещество в кондензирано (течно или твърдо) състояниес отсъствието на триизмерна периодичност в структурата му в подреждането на елементите (атомни ядра или молекули), които изграждат това вещество. В резултат на това характеристиките на аморфното състояние се дължат на отсъствието на далечна поръчка -стриктна повторяемост във всички посоки на един и същ структурен елемент (ядро или атомно ядро, група от атомни ядра, молекули и т.н.) за стотици и хиляди периоди. В същото време вещество в аморфно състояние има затвори поръчка- последователност в подреждането на съседни структурни елементи, т.е. реда, наблюдаван на разстояния, сравними с размера на молекулите. С разстояние тази консистенция намалява и изчезва след 0,5-1 nm. Аморфните вещества се различават от кристалните по изотропност, т.е. като течност, те имат еднакви стойности на дадено свойство, когато се измерват във всяка посока в рамките на веществото. Преходът на аморфно вещество от твърдо в течно състояние не е придружен от рязка промяна в свойствата - това е втората важна характеристика, която отличава аморфното състояние на твърдо вещество от кристалното. За разлика от кристално вещество, което има определена точка на топене, при която настъпва рязка промяна в свойствата, аморфното вещество се характеризира с интервал на омекване и непрекъсната промяна на свойствата.
Аморфните вещества са по-малко стабилни от кристалните. Всяко аморфно вещество по принцип трябва да кристализира с течение на времето и този процес трябва да бъде екзотермичен. Често аморфните и кристалните форми са различни състояния на едно и също химично вещество или материал. Така са известни аморфни форми на редица хомоядрени вещества (сяра, селен и др.), оксиди (В 2 О e, SiO2, GeO2 и др.).
В същото време много аморфни материали, по-специално повечето органични полимери, не могат да бъдат кристализирани. На практика кристализацията на аморфни, особено високомолекулни, вещества се наблюдава много рядко, тъй като структурните промени се инхибират поради високия вискозитет на тези вещества. Ето защо, ако не прибягвате до специални методи, например до продължително излагане на висока температура, преходът към кристално състояние протича с изключително ниска скорост. В такива случаи може да се счита, че веществото в аморфно състояние е практически напълно стабилно.
За разлика от аморфното състояние, присъщо на вещества, които са както в течна или разтопена форма, така и в твърда кондензирана форма, стъклено състояниесе отнася само до твърдо агрегатно състояние. В резултат на това в течностили разтопенаморфното състояние може да съдържа вещества с всякакъв преференциален тип връзка(ковалентни, метални и йонни) и следователно с молекулярна и немолекулна структура. но в твърда аморфна, или по-точно - стъклено състояниеще има предимно вещества на базата на IUD, характеризиращи се главно с ковалентна връзкаелементи във веригите на макромолекулите. Това се дължи на факта, че твърдото аморфно състояние на веществото се получава в резултат на преохлаждане на течното му състояние, което предотвратява процесите на кристализация и води до "замръзване" на структурата с близък ред на елементите. Имайте предвид, че наличието на макромолекули в структурата на полимерните материали поради влиянието на фактора на пространствения размер (в края на краищата е по-лесно да се създаде кристал от катиони, отколкото от молекули) води до допълнително усложнение на процеса на кристализация. Следователно органичните (полиметилметакрилат и др.) и неорганичните (оксиди на силиций, фосфор, бор и др.) полимери са способни да образуват стъкла или да реализират аморфно състояние в твърди материали. Вярно е, че днес дори метални стопи при свръхвисоки скорости на охлаждане (> 10 6 ° C / s) се превръщат в аморфно състояние, получавайки аморфни металиили метално стъклос комплекс от нови ценни имоти.
Кристално състояние. В кристално тяло се наблюдава като близо дои далечна поръчкаподреждане на структурни елементи (атомни ядра или частици под формата на отделни молекули), т.е. конструктивните елементи се поставят в пространството на определено разстояние един от друг в геометрично правилен ред, образувайки кристали -твърди тела, които имат естествената форма на правилни полиедри. Тази форма е следствие от подреденото подреждане в кристала на елементи, които образуват триизмерна периодична пространствена опаковка във формата кристална решетка.Вещество в кристално състояние се характеризира с периодична повторяемост в три измерения на подреждането на атомните ядра или молекули в неговите възли. Кристалът е равновесно състояние на твърдите тела. Всяко химическо вещество, което е в кристално състояние при дадени термодинамични условия (температура, налягане), съответства на определена кристална ковалентна или молекулярна, метална и йонна структура. Кристалите имат една или друга структурна симетрия на атомните ядра (катиони в метал или катиони и аниони в йонни кристали) или молекули, съответната макроскопска симетрия на външната форма, както и анизотропия на свойствата. анизотропия -това е несходството на свойствата (механични, физични, химични) на единичен кристал в различни посоки на неговата кристална решетка. изотропия -това е едни и същи свойства на вещество в различните му посоки. Естествено, тези закономерности на промените в свойствата на дадено вещество се определят от спецификата на промените или промените в тяхната структура. Реалните кристални материали (включително метали) са квазиизотропни структури,тези. те са изотропни на мезоструктурно ниво (виж Таблица 4.1) и свойствата им са еднакви във всички посоки. Това е така, защото повечето естествени или изкуствени кристални материали са поликристалнавещества, а не единични кристали
(като диамант). Те се състоят от голям брой т.нар зърнаили кристалити,кристалографските равнини на които са завъртени една спрямо друга на определен ъгъл a. В този случай във всяка посока на мезоструктурата на материала се намират приблизително еднакъв брой зърна с различни ориентации на кристалографските равнини, което води до независимост на неговите свойства от посоката. Всяко зърно се състои от отделни елементи - блокове, които се завъртат един спрямо друг на ъгли от порядъка на няколко минути, което също осигурява изотропността на свойствата на самото зърно като цяло.
Кристалните състояния на едно и също вещество могат да се различават по структура и свойства и тогава казват, че това вещество съществува в различни модификации. Съществуването на няколко кристални модификации в дадено вещество се нарича полиморфизъм,и преход от една модификация към друга - полиморфна трансформация.За разлика от полиморфизма, алотропия- Това е съществуването на елемент под формата на различни "прости" (или по-точно хомоядрени) вещества, независимо от тяхното фазово състояние. Например кислородът 0 2 и озонът O e са алотропни форми на кислород, които съществуват в газообразни, течни и кристални състояния. В същото време диамантът и графитът - алотропни форми на въглерода - са едновременно негови кристални модификации, в този случай понятията "алотропия" и "полиморфизъм" съвпадат за неговите кристални форми.
Явлението също се наблюдава често изоморфизъм,в който две вещества от различно естество образуват кристали с еднаква структура. Такива вещества могат да се заменят взаимно в кристалната решетка, образувайки смесени кристали. Феноменът изоморфизъм е демонстриран за първи път от немския минералог Е. Михерлих през 1819 г. на примера на KH 2 P0 4, KH 2 As0 4 и NH 4 H 2 P0 4. Смесените кристали са идеално хомогенни смеси от твърди вещества - те са заместващи твърди разтвори.Следователно можем да кажем, че изоморфизмът е способността да се образуват заместващи твърди разтвори.
Традиционно кристалните структури се разделят на хомодезмични (координационни) и хетеродезични. Хомодесмиченструктура имат, например, диамант, халогениди на алкални метали. Въпреки това, много по-често кристалните вещества имат хетеродезичниструктура; неговата характерна особеност е наличието на структурни фрагменти, вътре в които атомните скелети са свързани с най-силните (обикновено ковалентни) връзки. Тези фрагменти могат да представляват крайни групи от елементи, вериги, слоеве, телени рамки. Съответно се разграничават островни, верижни, слоести и рамкови структури. Островните структури притежават почти всички органични съединения и такива неорганични вещества като халогени, 0 2, N 2, C0 2, N 2 0 4 и др. Ролята на островите се играе от молекулите, поради което такива кристали се наричат молекулярни. Често островите са многоатомни йони (например сулфати, нитрати, карбонати). Верижната структура има например кристали на една от модификациите на Se (атомните ядра са свързани в безкрайни спирали) или кристали PdCl 2, в които присъстват безкрайни ленти; слоеста структура - графит, BN, MoS 2 и др .; рамкова структура - CaTYu 3 (атомните ядра на Ti и O, обединени от ковалентни връзки, образуват ажурна рамка, в чиито празнини са разположени атомните ядра на Ca). Някои от тези структури се наричат неорганични (безвъглеродни) полимери.
По естеството на връзката между атомни ядра (в случай на хомодезмични структури) или между структурни фрагменти (в случай на хетеродезмични структури), те се разграничават: ковалентни (например SiC, диамант), йонни, метални (метали и интерметални съединения) и молекулярни кристали. Най-голям брой представители имат кристалите от последната група, в които структурните фрагменти са свързани чрез междумолекулни взаимодействия.
За ковалентенМонокристалите като диамант, карборунд и др. се характеризират с огнеупорност, висока твърдост и устойчивост на износване, което е следствие от здравината и насочеността на ковалентната връзка в комбинация с тяхната триизмерна пространствена структура (полимерни тела).
йоннаКристалите са образувания, при които адхезията на микроструктурни елементи под формата на противойони се дължи главно на йонни химични връзки. Пример за йонни кристали са халогениди на алкални и алкалоземни метали, във възлите на кристалната решетка на които има редуващи се положително заредени метални катиони и отрицателно заредени халогенни аниони (Na + Cl -, Cs + Cl -, Ca + F ^ , Фиг. 7.1).
Ориз. 7.1.
V метални кристалиадхезията на атомните гръбнаци под формата на метални катиони се дължи главно на метални ненасочени химически връзки. Този тип кристали е характерен за металите и техните сплави. На местата на кристалната решетка има атомни ядра (катиони), свързани с OE (електронен газ). Структурата на металните кристални тела ще бъде разгледана по-подробно по-долу.
Молекулни кристалиобразувани от молекули, свързани една с друга чрез ван дер Ваалсови сили или водородни връзки. Вътре в молекулите действа по-силна ковалентна връзка (C to преобладава над C и C m). Фазовите трансформации на молекулярните кристали (топене, сублимация, полиморфни преходи) се случват като правило без разрушаване на отделни молекули. Повечето молекулярни кристали са кристали на органични съединения (например нафталин). Молекулните кристали се образуват и от вещества като H 2, халогени от типа J 2, N 2, 0 2, S g, бинарни съединения от типа H 2 0, CO 2, N 2 0 4, органометални съединения и някои комплексни съединения. Молекулните кристали включват също кристали от естествени полимери като протеини (фиг. 7.2) и нуклеинови киселини.
Полимерите, както вече беше споменато по-горе, обикновено се отнасят и до вещества, които образуват молекулни кристали. Въпреки това, в случай, когато опаковката на макромолекулите има нагъната или фибриларна конформация, би било по-правилно да се говори за ковалентни молекулярни кристали(фиг. 7.3).
Ориз. 7.2.
Ориз. 7.3.
Това се дължи на факта, че по протежение на един от периодите на решетката (например периодът Спри полиетилена, чиито макромолекули са в нагъната конформация, образувайки ламела), действат силни химически (фиг. 7.3), главно ковалентни връзки. В същото време по протежение на другите два периода на решетката (например периоди би Св същите нагънати полиетиленови кристали), действат по-слаби сили на междумолекулно взаимодействие.
Разделянето на кристалите в тези групи е до голяма степен произволно, тъй като има постепенни преходи от една група в друга, тъй като природата на връзката в кристала се променя. Например, сред интерметалните съединения - метални съединения помежду си - може да се разграничи група съединения, в които намаляването на металния компонент на химичната връзка и съответното увеличение на ковалентните и йонните компоненти водят до образуването на CS в съответствие с класически валентности. Примери за такива съединения са магнезиеви съединения с елементи от основната подгрупа IV и V групи на Периодичната таблица, които са преходни между метали и неметали (Mg 2 Si, Mg 2 Ge, Mg 2 Sn, Mg 2 Pb, Mg 3 Като 2, Mg 3 Sb 7 , Mg 3 Bi 7), основните характеристики на които обикновено са следните:
- тяхната хетероядрена кристална решетка се различава от хомоядрена решетка на изходните съединения;
- при тяхната комбинация обикновено се запазва просто кратно съотношение на компонентите, което дава възможност да се изрази съставът им с проста формула A w B ;? , където A и B са съответните елементи; ти P -прости числа;
- хетероядрените съединения се характеризират с ново качество на структура и свойства, за разлика от оригиналните съединения.
В кристал конструктивни елементи(йони, атомни ядра, молекули), образуващи кристал, са разположени редовно в различни посоки (фиг. 7 Ла).Обикновено пространствено изображение на структурата на кристалите се представя схематично (фиг. 7.45), като се маркират с точки центровете на тежестта на структурните елементи, включително характеристиките на решетката.
Равнини, успоредни на координационни равнини на разстояние а, б, вотделно, разделете кристала на набор от равни и успоредно ориентирани паралелепипеди. Най-малкият от тях се нарича елементарна клетка,съчетанието им образува пространствено кристална решетка.Върховете на паралелепипеда са възлите на пространствената решетка; центровете на тежестта на елементите, от които е изграден кристалът, съвпадат с тези възли.
Пространствените кристални решетки описват напълно структурата на кристала. За да се опише единичната клетка на кристалната решетка, се използват шест величини: три сегмента, равни на разстоянията до най-близките елементарни частици по координатните оси а, б, в,и три ъгъла между тези сегменти a, (3, y.
Съотношенията между тези количества определят формата на клетката, в зависимост от което всички кристали се разделят на седем системи (Таблица 7.1).
Размерът на единичната клетка на кристалната решетка се оценява от сегментите а, б, в.Те се наричат решетъчни периоди.Познавайки периодите на решетката, е възможно да се определи радиуса на атомното ядро на елемента. Този радиус е равен на половината от най-малкото разстояние между частиците в решетката.
Степента на сложност на решетката се оценява по броят на конструктивните елементиза една елементарна клетка. В проста пространствена решетка (виж фиг. 7.4) винаги има по един елемент на клетка. Всяка клетка има осем върха, но
Ориз. 7.4. Подреждането на елементите в кристала: а- изображение с разположението на обема на атомното ядро на елемента; б -пространствено изображение на единична клетка и нейните параметри
Таблица 7.1
Характеристики на кристалните системи
всеки елемент в горната част на свой ред се отнася до осем клетки. По този начин от възела до дела на всяка клетка има Y 8 обем и има осем възела в клетката и следователно един структурен елемент на клетка.
В сложните пространствени решетки винаги има повече от един структурен елемент на клетка, които са най-разпространени в най-важните чисти метални съединения (фиг. 7.5).
Следните метали кристализират в bcc решетката: Fe a, W, V, Cr, Li, Na, K и др. В fcc решетката Fe y, Ni, Co a, Cu, Pb, Pt, Au, Ag и др. кристализират Mg, Ti a, Co p, Cd, Zn и др. кристализират в hcp решетката.
Система, период и брой конструктивни елементи,на единична клетка, дават възможност за пълно представяне на местоположението на последния в кристала. В редица случаи се използват допълнителни характеристики на кристалната решетка, поради нейната геометрия и отразяваща плътността на опаковане на елементите.
Ориз. 7.5. Видове сложни единични клетки от кристални решетки: а - Bcc; 6 - HCC; v- hcp контейнер частици в кристал. Тези характеристики са CN и коефициентът на компактност.
Броят на най-близките равноотдалечени елементарни частици определя координационен номер.Например, за обикновена кубична решетка, CN ще бъде 6 (Kb); в решетката на центриран по тялото куб (BCC) за всяко атомно ядро, броят на такива съседи ще бъде равен на осем (K8); за лицево-центрирана кубична решетка (FCC), CN номерът е 12 (K 12).
Съотношението на обема на всички елементарни частици на единична клетка към целия обем на единичната клетка определя фактор на компактност.За обикновена кубична решетка този коефициент е 0,52, за bcc - 0,68 и fcc - 0,74.
- Сироткин Р.О. Ефектът на морфологията върху поведението на добива на кристализирани в разтвор полиетилени: докторска дисертация, University of North London. - Лондон, 2001 г.
Страница 1
Кристалното състояние на веществото се характеризира с триизмерна периодичност на поставяне на строителния материал. Именно на тази особеност се основава дифракцията на рентгеновите лъчи, предавани през кристала, а оттам и целият рентгеноструктурен анализ на кристалите.
Кристалното състояние на материята възниква, когато във взаимното подреждане на частиците се реализира както близък, така и далечен ред. Единиците, сегментите от макромолекулите могат да взаимодействат както вътрешно, така и междумолекулно.
Кристалното състояние на материята се характеризира с това, че в него частиците (атоми, йони или молекули) са подредени, на постоянни разстояния една от друга, образувайки правилна решетка. В аморфното вещество не се наблюдава правилен ред в подреждането на частиците.
Кристалното състояние на веществото се характеризира с правилното подреждане в пространството на частиците, които изграждат кристала, образуването на кристална или пространствена решетка. Центровете на поставяне на частици в кристала се наричат решетъчни възли.
Кристалното състояние на материята се характеризира със строго редовно, периодично повтарящо се подреждане на всички атоми. Такава картина е идеална, а кристал с такова идеално разположение на атомите се нарича съвършен. В истинския кристал винаги има отклонения и нарушения на идеалното подреждане на атомите. Тези нарушения се наричат несъвършенства или дефекти.
Кристалното състояние на веществото се характеризира с триизмерна периодичност на поставяне на строителния материал. Именно тази особеност е в основата на дифракцията на рентгеновите лъчи, пропускани през кристала, а оттам и на целия рентгеноструктурен анализ на кристалите.
Кристалното състояние на веществото се характеризира със строго редовно, периодично повтарящо се подреждане1 на всички атоми в кристалната решетка. Кристал с такова идеално разположение на атомите се нарича съвършен. В истински кристал винаги се откриват отклонения и нарушения на идеалното подреждане на атомите. Тези нарушения се наричат несъвършенства или дефекти в кристалната структура.
Кристалното състояние на веществото се характеризира със строго определена ориентация на частиците една спрямо друга и анизотропия (векторност) на свойствата, когато свойствата на кристала (топлопроводимост, якост на опън и др.) не са еднакви в различни посоки .
V газообразен Молекулите в състояние на веществото са на достатъчно голямо разстояние една от друга и заемат малък обем от веществото. В газообразно състояние молекулите или атомите, които съставляват газа, практически не взаимодействат помежду си. Структурата на газообразните вещества не е подредена.
Когато газообразните вещества кондензират, течност вещества. В течно състояние разстоянието между молекулите е много по-малко и по-голямата част от обема на веществото е заета от молекули, които се докосват и се привличат. Тези. в течно състояние се наблюдава известно подреждане на частиците и се наблюдава ред на къси разстояния.
V твърдо състояние, частиците са толкова близо една до друга, че между тях възникват силни връзки, практически няма движение на частиците една спрямо друга. В структурата има висока степен на подреденост. Твърдите вещества могат да бъдат намерени в аморфни и кристалнисъстояние.
Аморфните вещества нямат подредена структура, както течностите, те имат само близък ред (стъклено състояние). Аморфните вещества са течни. В аморфно състояние са полимери, смоли, аморфен силиций, аморфен селен, фино сребро, аморфен силициев оксид, германий, някои сулфати, карбонати. Аморфните вещества са изотропни, т.е. физичните свойства на веществото се разпространяват по един и същи начин в различни посоки и те нямат строго определена точка на топене, топят се в определен температурен диапазон. Но по-голямата част от твърдите вещества са кристални вещества.
Кристалните вещества се характеризират с далечен ред, т.е. триизмерна периодичност на структурата в целия обем. Правилното подреждане на частиците е изобразено под формата на кристални решетки, в чиито възли са разположени частиците, образуващи твърдо тяло. Те са свързани с въображаеми линии.
Идеалните монокристали имат:
Анизотропия – т.е. в различни посоки по обема на кристала, физичните свойства са различни.
Определена точка на топене.
Кристалните вещества се характеризират с енергията на кристалната решетка, това е енергията, която трябва да се изразходва за разрушаване на кристалната решетка и отстраняване на частиците от взаимодействието.
Константата на решетката характеризира разстоянието между частиците в кристалната решетка, както и възлите между лицата на кристалната решетка.
Координационният номер на кристалната решетка е броят на частиците, непосредствено съседни на дадена частица.
Най-малката структурна единица е единична клетка. Има седем вида кристални решетки: кубични, тетраедрични, хексагонални, ромбоедрични, орторомбоедрични, моноклинни и триклинни.