Строение кристаллов. Подавляющее большинство твердых тел имеет кристаллическое строение, т.е. упорядоченное расположение частиц (атомов, ионов, молекул), из которых они образованы. С такой структурой кристаллов связано свойство анизотропии, которая проявляется в зависимости ряда физических свойств от направления.

Эти свойства не всегда проявляются, поскольку кристаллические тела встречаются, как правило, в виде поликристаллов – совокупности множества беспорядочно расположенных мелких кристалликов. Искусственно с помощью специальных условий можно получить из раствора большие монокристаллы. Последние, впрочем, встречаются и в природе у некоторых минералов.

Симметрия кристаллов. Кристаллической решетке присущи различные виды симметрии, т.е. свойства решетки совпадать с самой собой при некоторых мысленных пространственных перемещениях (поступательных и поворотах). Разработана систематика кристаллических систем (видов симметрии). Этот вопрос изучают в спецкурсах, и мы не будем его затрагивать.

Физические типы кристаллов. Различают четыре типа кристаллов в зависимости от природы частиц в узлах решетки и от характера сил взаимодействия между частицами. Это ионные, атомные, металлические и молекулярные.
1. Ионные кристаллы. У них в узлах кристаллической решетки находятся ионы противоположных знаков. Силы взаимодействия между ними в основном электростатические. Такую связь называют гетерогенной (или ионной). Пример ионной решетки – кристалл $\mathrm{NaCl}$. У него кубическая решетка с чередующимися ионами $\mathrm{Na}^{+}$и $\mathrm{Cl}^{-}$.
2. Атомные кристаллы. В узлах решетки этих кристаллов расположены нейтральные атомы. Связь между ними называют гомеополярной (или ковалентной). Соответствующие силы взаимодействия имеют также электрический характер. Но их объяснение может быть дано только на основе квантовой теории.

Гомеополярная связь осуществляется электронными парами – в ней участвует по одному электрону от каждого атома. Гомеополярная связь имеет направленный характер (в отличие от гетерополярной), т.е. воздействие направлено на тот атом, с которым у данного атома имеется совместная электронная пара. Данная связь может осуществляться только валентными электронами.

Типичные примеры атомных кристаллов – это графит и алмаз. Оба они состоят из атомов углерода, но резко отличаются кристаллическим строением. В отличие от алмаза, атомы углерода в графите расположены слоями, и это оказывает сильное влияние на различие свойств графита и алмаза.
3. Металлические кристаллы. В узлах решетки этих кристаллов расположены положительные ионы. Пространство между ними заполнено электронным газом, который компенсирует силы отталкивания между ионами, удерживая их вместе. В противном случае решетка просто распалась бы. При этом и электронное облако удерживается в пределах решетки и не может ее покинуть.
4. Молекулярные кристаллы. В узлах решетки этих кристаллов расположены определенным образом ориентированные молекулы. Силы взаимодействия между молекулами в кристалле имеют ту же природу, что и силы притяжения между молекулами реального газа. Поэтому их называют ван-дер-ваальсовскими силами.

Этим мы и ограничимся, оставляя за рамками книги многие вопросы, представляющие как научный, так и практический интерес. Физика твердого тела продолжает интенсивно развиваться, занимая одно из приоритетных направлений науки.