В отличие от ионных и металлических кристаллов, состоящих из ионов, а также в отличие от молекулярных кристаллов, состоящих из молекул, атомных кристаллы имеют решетки, построенные из атомов, соединенных друг с другом прочными
ковалентными связями. В таких структурах невозможно выделить структурную единицу, которую можно называть молекулой, каждый кристалл представляет собой одну большую молекулу. Именно поэтому такие кристаллы называют еще надмолекулярными.
Все атомы в атомных структурах прочно связаны друг с другом ковалентными связями. Чтобы их разрушить, необходимо очень большое количество энергии. Именно поэтому вещества с атомными кристаллическими решетками имеют очень высокие температуры плавления и кипения. Они нерастворимы в воде и других растворителях. Атомы в кристаллической решетке расположены только в четко определенных местах и на определенном расстоянии друг от друга. Смещение атома со своего места приводит к разрушению ковалентной связи, а для этого нужно много энергии. Поэтому вещества с атомными решетками очень твердые, непластичные и нехрупкий.
Атомные кристаллические решетки имеет алмаз - самое твердое вещество всех известных веществ.
Атомы углерода образуют четыре одинарные ковалентные связи, направленные к вершинам правильного тетраэдра, в центре которого располагается атом углерода. Таким образом с этим центральным атомом могут быть связаны четыре другие атомы углерода. Каждый из них связывается еще с тремя другими атомами углерода и т. д. Таким образом образуется трехмерные решетки, составленные только из атомов углерода. Подобные решетки образуют атомы кремния и кислорода в кварце.
Графит также атомные кристаллические решетки, но, в отличие от алмаза и кварца, в граффити каждый атом углерода образует три ковалентные связи с тремя другими атомами углерода, при этом образуется плоская «сетка из шестиугольников». Каждый из слоев, образованный атомами углерода, характеризуется ковалентными связями внутри каждого слоя, а слои связаны друг с другом слабыми связями. Поэтому слои можно легко сместить друг относительно друга, приложив совсем небольшое усилие. Этим объясняются, например, «писчие» свойства графита. В отличие от алмаза, графит хорошо проводит электрический ток, но его электроны могут передвигаться только в одном направлении: вдоль плоскости шестиугольников, а наоборот - в перпендикулярном направлении - графит почти не проводит электрический ток.