A differenza di altri solidi, i cristalli sono molecole o ioni disposti in una matrice ben definita. Tutti i cristalli sono tenuti insieme da attrazioni tra le molecole. Le forze che tengono un cristallo insieme, tuttavia, variano a seconda del tipo di cristallo e le molecole o ioni che lo costituiscono. Le differenze nella struttura cristallina spiegano le diverse proprietà dei solidi cristallini.
Legami covalenti
Gli atomi in un legame covalente condividono elettroni con a vicenda. Il tipo di attrazione che deriva da un legame covalente è molto più forte rispetto alle forze intermolecolari tra le molecole. Cristalli in cui tutti gli atomi sono uniti da legami covalenti sono chiamati solidi di rete. L'esempio più familiare è un diamante, che è un gigante reticolo di atomi di carbonio, ognuno si unì ai quattro vicini da un legame covalente. Questa struttura aiuta a spiegare perché i diamanti sono così difficili--la struttura è un po' come una forte struttura d'acciaio che prende un sacco di sforzo per rompere.
Legame ionico
Legami ionici sono attrazioni tra ioni di carica. In un cristallo di sale, ad esempio, gli ioni di sodio hanno carica positiva e gli ioni del cloruro hanno carica negativa, quindi si attraggono reciprocamente. Queste forze non sono forti come le interazioni covalenti in una rete solida, ma sono più forti di altre attrazioni intermolecolari, e rappresentano il punto di fusione molto alto di questi tipi di composti. Inoltre aiutano a rendere il cristallo sia duri e fragili. Se si prende un cristallo di cloruro di sodio, per esempio, e uno strato di ioni di spostare verso il basso una riga rispetto a un altro layer, tutti gli ioni sperimenterebbe repulsione piuttosto che attrazione. Ecco perché un forte colpo con un martello o altro strumento smussato può causare un cristallo ionico di frattura e rompere in frammenti.
Legami idrogeno & dipolo-dipolo
Molte molecole sono polari o hanno gruppi funzionali polari, che significa che alcune parti della molecola hanno elettroni ad alta densità e così una parziale carica negativa, mentre altre parti della molecola hanno densità di elettrone bassa e quindi una carica parzialmente positiva. Se si mettono insieme due tali molecole, essi sperimenteranno attrazione chiamato un'interazione dipolo-dipolo. Se ossigeno, azoto o fluoro sono coinvolti e le molecole hanno atomi di idrogeno legati a uno di questi elementi, le due molecole possono sperimentare un tipo ancora più forte di attrazione chiamato un legame ad idrogeno. Legami idrogeno e interazioni dipolo-dipolo sono più deboli di legami ionici, ma nel complesso possono essere molto forti. Cristalli di zucchero e cubetti di ghiaccio, ad esempio, sono tenuti insieme da questi tipi di obbligazioni.
Forze di Londra
Tutte le molecole sperimentare interazioni attrattive chiamate forze di Londra. Forze di Londra, tuttavia, sono molto deboli..--la più debole delle interazioni intermolecolari. Una molecola più grande sperimenta le forze più forti di Londra, così questi sono più importanti se le molecole sono grandi o la temperatura è molto bassa. Inoltre, mentre le altre interazioni molecolari possono dettare un certo tipo di accordo e quindi una struttura cristallina ben definita, le forze di Londra sono meno dipendenti come le molecole sono orientate. Comunque, forze di Londra giocare un ruolo nel tenere insieme molecole in un cristallo..--seppur uno meno importante rispetto agli altri generi di forze.