ფიზიკური თვისებებისა და მოლეკულური სტრუქტურის მიხედვით მყარი სხეულები ორ კლასად იყოფიან – ამორფული და კრისტალური.
ამორფული სხეულების დამახასიათებელ თავისებურებას მათი იზოტროპულობა წარმოადგენს, ე.ი. ნებისმიერი ფიზიკური თვისება (მექანიკური, ოპტიკური და სხვა) არ არის დამოკიდებული გარე ზემოქმედების მიმართულებაზე. ამორფულ მყარ სხეულებში მოლეკულები და ატომები ქაოტურადაა განლაგებული, ქმნიან რამოდენიმე ნაწილაკისგან შედგენილ მცირე ლოკალურ ჯგუფებს (ახლო წესრიგი). აგებულების მიხედვით ამორფული სხეულები ძალიან ახლოს არიან სითხეებთან. ამორფული სხეულების მაგალითად შეიძლება გამოდგეს მინა, სხვადასხვა გამაგრებული ფისი (ქარვა), პლასმასები და სხვა. თუ ამორფულ სხეულებს გავათბობთ, ის ნელნელა დარბილდება და თხევად მდგომარეობაში გადასვლა იკავებს ტამპერატურის მნიშვნელოვან ინტერვალს.
კრისტალურ სხეულებში ნაწილაკების განლაგება მკაც წესრიგს ემორჩილება, სხეულის მთელ მოცულობაში ქმნიან რა, პერიოდულად განმეორებად სივრცულ სტრუქტურებს. ასეთი სტრუქტურების თვალსაჩინო წარმოდგენისათვის იყენებენ სივრცულ კრისტალურ მესერებს, რომელთა კვანძებში ნივთიერების ატომების ან მოლეკულების ცენტრებია მოთავსებული. უფრო ხშირად კრისტალური მესერები აგებულია მოცემული ნივთიერების მოლეკულის შემადგენლობაში შემავალი ატომის იონებისგან (დადაებითი და უარყოფითი მუხტიანი ატომენისგან). მაგალითად, სუფრის მარილის მესერი შეიცავს \(Na^{+}\) და \(Cl^{-}\), იონებს, რომლებიც წყვილწყვილად არ არიან დაკავშირებული \(NaCl\) მოლეკულაში (ნახ.1). ასეთ კრისტალებს იონურს უწოდებენ.
ნახ. 1.
სუფრის მარილის კრისტარული მესერი
ყოველ სივრცულ მესერში შეიძლება გამოიყოს მინიმალური ზომის სტრუქტურული ელემენტი, რომელსაც ელემენტარული უჯრედი ეწოდება. მთელი კრისტალური მესერი შეიძლება აიგოს ელემენტარული უჯრედის პარალელური გადატანით სხვადასხვა მიმართულებით.
თეორიულად ნაჩვენებია, რომ სულ შეიძლება არსებობდეს 230 განსხვავებული კრისტალური სტრუქტურა. მათი უმრავლესობა (მაგრამ ყველა არა) ნაპოვნია ბუნებაში ან შექმნილია ხელოვნურად.
მეტალების კრისტალურ მესრებს ხშირად ექვსკუთხა პრიზმის (ცინკი, მაგნიუმი), წახნაგით ცენტრირებული (ოქრო) ან მოცულობით ცენტრირებული (რკინა) კუბის ფორმა აქვთ.
კრისტალური სხეულები შეიძლება იყვნენ მონოკრისტალურები და პოლიკრისტალურები. პოლიკრისტალური სხეულები შედგებიან ერთმანეთთან შეზრდილი, ქაოტურად ორიენტირებული მრავალი პატარა კრისტალისგან, რომლებსაც კრისტალიდებს უწოდებენ. დიდი მონო კრისტალები იშვიათია ბუნებასა და ტექნიკაში. უფრო ხშირად, მყარი სხეულის კრისტაკები, მათ შორის ისინიც, რომლებიც ხელოვნურადაა მიღებული, პოლიკრისტალებს წარმოადგენს.
მონოკრისტალებისგან განსხვავებით, პოლიკრისტალური სხეულები იზოტროპულებია, ე.ი. მათი თვისებები ყველა მიმარტულებით ერთნაირია. მყარი სხეულების პოლიკრისტალური აგებულებაშეიძლება მიკროსკოპოს საშuალებით დავინახoთ, ხანდახან ის შეუიარაღებელი თვალითაც ჩანს.
ბევრი ნივთიერება შეიძლება არსებობდეს განსხვავებული ფიზიკური თვისებების მქონე, მრავალი კრისტალური მოდიფიკაციის სახით (ფაზით). ამ მოვლენაs პოლიმორფიზმს უწოდებენ. ერთი მოდიფიკაციიდან მეორეზე გადასვლას პოლიმორფულ გადასვლას უწოდებენ. პოლიმორფული გადასცლის საინტერესო და მნიშვნელოვანი მაგალითს გრაფიტის ალმასად გარდაქმნა წარმოადგენს. ეს გადასვლა ხელოვნური წარმოებისას 60-100 ათასი ატმოსფერო წნევისა და 1500-2000К ტემპერატურის პირობებში ხორციელდება.
მონოკრისტალებისა და პოლიკრისტალების კრისტალური მესერის სტრუქტურა ექსპერიმენტულად შეისწავლება რენდგენული გამოსხივების დიფრაქციის გამოყენებით.
ნახ, 2-ზე მარტივი კრისტალური მესერების მაგალითებია. უნდა გვახსოვდეს რომ ნაწილაკები კრისტალებში მჭიდროდაა ჩამაგრებული, ისე რომ მათ ცენტრებს შორის მანძილები დაახლოებით ნაწილაკების ზომების ტოლია. წარმოდგენილ კრისტალურ მესერებში მითითებილია მხოლოდ ნაწილაკების ცენტრების მდებარეობები.
ნახ. 2.
უბრალო კრისტალური მესრები: 1 – მარტივი კუბური მესერი; 2 - წახნაგით ცენტრირებული კუბური მესერი; 3 - მოცულობით ცენტრირებული კუბური მესერი; 4 – ჰექსაგონალური მესერი
უბრალო კუბურ მესერში ნაწილაკები განლაგებულია კუბის წვეროებში. წახნაგით ცენტრირებულ მესერში არა მარტო კუბის წვეროებში, არამედ ყოველი წახნაგის ცენტრშიც. ნახ. 1-ზე სუფრის მარილის მესერი შედგება ერთმანეთში ჩაწყობილი ორი, \(Na^{+}\) და \(Cl^{-}\), წახნაგით ცენტრირებული მესერისაგან. მოცულობით ცენტრირებულ კუბურ მესერში დამატებითი ნაწილაკი იმყოფება ყოველი ელემენტარული კუბური უჯრედის ცენტრში.
მეტალების კრისტლურ სტრუქტურას მნიშვნელოვანი თვისება აქვს. მეტალის კრისტალური მესერის წარმომქმნელი დადებითად დამუხტული იონები წონასწორობის მდებარეობაში “თავისუფალი ელექტრონების აირის” ურთიერთქმედებით არიან ჩამაგრებული. ელექტრინული აირი წარმოიქმნება თითოეული ატომის ერთი ან რამოდენიმე ელექტრონის ხარჯზე. თავისუფალ ელექტრონებს შეუძლიათ ხეტიალი კრისტალის მთელ მოცულობაში.
ნახ. 3.
მეტალირი კრისტალის სტრუქტურა