Metalai ir lydiniai
Visi metalai yra kristalinės medžiagos. Metalų ir lydinių atominė struktūra nulemta metalinio ryšio. Metaluose valentiniai, silpnai su branduoliu surišti elektronai, jau nepriklauso jokiam konkrečiam atomui ir gali beveik laisvai judėti gardelėje. Todėl metalo laisvi elektronai dar vadinami elektroninėmis dujomis. Jonai yra tie patys atomai tik be išorinio elektrono. Elektrostatinė teigiamų branduolių ir neigiamų elektronų „debesies”, t. y. didelio skaičiaus branduolių ir elektronų, trauka sudaro metalini ryšį. Stūmos jėgos tarp vienodo krūvio dalelių (branduolių ar elektronų) palaiko pusiausvyrą, kuri sukuria atominę struktūrą. Elektronai gali laisvai judėti debesyje, todėl metalinis ryšys nėra kryptingas. Apytikslė metalinio ryšio vertė yra 5 x 1019 J atomui.
Atomų išsidėstymas. Kristalinėms medžiagoms būdinga tiek artimoji, tiek tolimoji tvarka. Kristalai turi pastovią lydymosi temperatūrą, kurioje kieti kristalai yra pusiausvyri su skysčiu. Kristalai susidaro peršaldytame skystyje (temperatūra -0,5 K žemesnė už lydymosi temperatūrą) esant kristalizacijos centrams. Jais yra smulkios dalelės. Ta pati medžiaga gali sudaryti skirtingos simetrijos ir struktūros kristalus. Tai vadinama polimorfizmu.
Gryno metalo visi atomai yra tokio pat dydžio ir metalinis ryšys nėra kryptingas. Atomai yra išsidėstę trimatėje gardelėje optimaliu būdu, kad struktūros energija būtų minimali. Kristalinė gardelė – tai erdvinis tinklas, kurio mazguose yra struktūrinės dalelės (jonai), iš kurių sudaryta medžiaga. Norint supaprastinti atomų išsidėstymą, atomus galima laikyti kietais rutuliukais. Kristale veikia tankiausios sanglaudos principas – struktūriniai elementai išsidėsto taip, kad kristalo erdvė būtų geriausiai išnaudota ir kiekvienas jonas turėtų ryšį su kuo daugiau jonų. Tankiausios yra kubinė centruotojo tūrio gardelė (68 proc. tūrio užpildoma vienodais rutuliukais ir tokią gardelę turi 17 metalų), kubinė centruoto paviršiaus gardelė (užpildoma 74 proc. tūrio ir tokią gardelę turi 19 metalų) ir heksagoninė gardelė (užpildoma 74 proc. tūrio ir tokią gardelę turi 27 metalai). Paskutiniais dviem atvejais kiekvienas atomas yra apsuptas 12 artimiausių atomų. Susiformavusi struktūra užtikrina mažiausią kristalo energiją esant tam tikrai temperatūrai ir slėgiui. Kristalas, turintis vieną kristalinę gardelę, vadinamas monokristalu. Tačiau metalai yra polikristalinės medžiagos, sudarytos iš įvairiai orientuotų netaisyklingos formos kristalitų. Jų dydis ~ 1 – 1000 mikro m, kai atstumas tarp atomų kristale yra ~ 0,1 nm.