Классификация твёрдых тел

Водородная связь между молекулами воды обозначена чёрными линиями. Жёлтые линии обозначают ковалентную связь, которая удерживает вместе атомы кислорода (красный) и водорода (серый).

Электрические и некоторые другие свойства твердых тел, в основном, определяются характером движения внешних электронов его атомов^[1]. Выделяют пять классов твёрдых тел в зависимости от типа связи между атомами^[2]:

• Ионная связь (например, NaCl). Основными силами являются силы электростатического притяжения. Характерные свойства: в инфракрасной области - отражение и поглощение света в инфракрасной области; при низких температурах - малая электропроводность: при высоких температурах - хорошая ионная проводимость.
• Ковалентная связь (например, С (алмаз), Ge, Si).
• Металлическая связь (например, Cu, Al).
• Молекулярная связь (например, Ar, СН₄).
• Водородная связь (например, Н₂О (лёд), H₂F).

По виду зонной структуры твёрдые тела классифицируют на проводники, полупроводники и диэлектрики.

• Проводники — зона проводимости и валентная зона перекрываются, таким образом электрон может свободно перемещаться между ними, получив любую допустимо малую энергию. Таким образом, при приложении к твердому телу разности потенциалов, электроны смогут свободно двигаться из точки с меньшим потенциалом в точку с большим, образуя электрический ток. К проводникам относят все металлы.
• Полупроводники — зоны не перекрываются и расстояние между ними составляет менее 4эВ. Для того, чтобы перевести электрон из валентной зоны в зону проводимости требуется энергия меньшая, чем для диэлектрика, поэтому чистые (собственные, нелегированные) полупроводники слабо пропускают ток.
• Диэлектрики — зоны не перекрываются и расстояние между ними составляет более 4эВ. Таким образом, для того, чтобы перевести электрон из валентной зоны в зону проводимости требуется значительная энергия, поэтому диэлектрики ток практически не проводят.

По магнитным свойствам твёрдые тела делятся на диамагнетики, парамагнетики и тела с упорядоченной магнитной структурой^[1]. Диамагнетические свойства, которые слабо зависят от агрегатного состояния или температуры, обычно перекрываются парамагнитными, которые являются следствием ориентации магнитных моментов атомов и электронов проводимости. По закону Кюри парамагнитная восприимчивость убывает обратно пропорциональна температуре и при температуре 300 К обычно составляет 10^-5. Парамагнетики переходят в ферромагнетики, антиферромагнетики или ферримагнетики при понижении температуры^[2].