İletkenler ve İzolatörler
Atomların birbirine bağlanma şekli, oluşturdukları malzemelerin elektriksel özelliklerini etkiler. Örneğin, metalik bağ tarafından bir arada tutulan malzemelerde, elektronlar metal iyonları arasında gevşek bir şekilde yüzer. Bu elektronlar, bir elektrik kuvveti uygulanırsa serbestçe hareket edebilir. Örneğin, bir pilin kutuplarına bakır bir tel bağlanırsa, elektronlar telin içinden akacaktır. Böylece, bir elektrik akımı akar ve bakırın bir iletken olduğu söylenir.
Yine de bir iletkenin içindeki elektronların akışı o kadar basit değildir. Serbest bir elektron bir süre hızlandırılacak, ancak daha sonra bir iyon ile çarpışacaktır. Çarpışma sürecinde, elektron tarafından elde edilen enerjinin bir kısmı iyona aktarılacaktır. Sonuç olarak, iyon daha hızlı hareket edecek ve bir gözlemci telin sıcaklık artışını fark edecektir. Elektrik enerjisinin elektronların hareketinden ısı enerjisine bu dönüşümüne elektrik direnci denir. Yüksek dirençli bir malzemede, elektrik akımı aktıkça tel hızla ısınır. Bakır tel gibi düşük dirençli bir malzemede, enerjinin çoğu hareketli elektronlarla kalır, bu nedenle malzeme elektrik enerjisini bir noktadan diğerine taşımakta iyidir. Mükemmel iletkenlik özelliği, nispeten düşük maliyeti ile birlikte, bakırın elektrik kablolarında yaygın olarak kullanılmasının nedenidir.
Tam tersi durum, elektronların hepsinin iyonik veya kovalent bağlara kilitlendiği plastik ve seramik gibi malzemelerden elde edilir. Bu tür malzemeler bir akünün kutupları arasına yerleştirildiğinde, akım akmaz - hareket etmekte serbest elektron yoktur. Bu tür malzemelere izolatörler denir.
Manyetik özellikler
Malzemelerin manyetik özellikleri elektronların atomlardaki davranışlarıyla da ilişkilidir. Yörüngedeki bir elektron, minyatür bir elektrik akımı döngüsü olarak düşünülebilir. Elektromanyetizma yasalarına göre, böyle bir döngü manyetik bir alan yaratacaktır. Bir çekirdeğin etrafındaki yörüngedeki her elektron kendi manyetik alanını üretir ve bu alanların toplamı, elektronların ve çekirdeğin içsel alanlarıyla birlikte atomun manyetik alanını belirler. Tüm bu alanlar iptal edilmedikçe, atom küçük bir mıknatıs olarak düşünülebilir.
Çoğu malzemede bu atomik mıknatıslar rastgele yönlere işaret eder, böylece malzemenin kendisi manyetik değildir. Bazı durumlarda (örneğin, rastgele yönlendirilmiş atomik mıknatıslar güçlü bir harici manyetik alana yerleştirildiğinde), işlemdeki dış alanı güçlendirerek sıralanırlar. Bu fenomen paramanyetizma olarak bilinir. Demir gibi birkaç metalde atomlar arası kuvvetler atomik mıknatısların birkaç bin atomun üzerindeki bölgeler üzerinde sıralanacağı şekildedir. Bu bölgelere alan adı denir. Normal demirde alanlar rastgele yönlendirilir, bu nedenle malzeme manyetik değildir. Bununla birlikte, demir güçlü bir manyetik alana konursa, alanlar sıralanır ve dış alan çıkarıldıktan sonra bile sıralı kalır. Sonuç olarak, demir parçası güçlü bir manyetik alan kazanacaktır. Bu fenomen ferromanyetizma olarak bilinir. Kalıcı mıknatıslar bu şekilde yapılır.
