Conducteurs et isolateurs
La façon dont les atomes se lient ensemble affecte les propriétés électriques des matériaux qu'ils forment. Par exemple, dans les matériaux maintenus ensemble par la liaison métallique, les électrons flottent librement entre les ions métalliques. Ces électrons seront libres de se déplacer si une force électrique est appliquée. Par exemple, si un fil de cuivre est attaché aux pôles d'une batterie, les électrons circuleront à l'intérieur du fil. Ainsi, un courant électrique circule et le cuivre est dit conducteur.
Le flux d'électrons à l'intérieur d'un conducteur n'est cependant pas aussi simple. Un électron libre sera accéléré pendant un certain temps mais entrera ensuite en collision avec un ion. Dans le processus de collision, une partie de l'énergie acquise par l'électron sera transférée à l'ion. En conséquence, l'ion se déplacera plus rapidement et un observateur remarquera l'augmentation de température du fil. Cette conversion de l'énergie électrique du mouvement des électrons en énergie thermique est appelée résistance électrique. Dans un matériau à haute résistance, le fil se réchauffe rapidement à mesure que le courant électrique circule. Dans un matériau de faible résistance, comme le fil de cuivre, la majeure partie de l'énergie reste avec les électrons en mouvement, de sorte que le matériau est bon pour déplacer l'énergie électrique d'un point à un autre. Son excellente propriété conductrice, ainsi que son coût relativement faible, explique pourquoi le cuivre est couramment utilisé dans le câblage électrique.
La situation opposée exacte se produit dans les matériaux, tels que les plastiques et les céramiques, dans lesquels les électrons sont tous enfermés dans des liaisons ioniques ou covalentes. Lorsque ces types de matériaux sont placés entre les pôles d'une batterie, aucun courant ne circule - il n'y a tout simplement pas d'électrons libres de se déplacer. Ces matériaux sont appelés isolants.
Propriétés magnétiques
Les propriétés magnétiques des matériaux sont également liées au comportement des électrons dans les atomes. Un électron en orbite peut être considéré comme une boucle miniature de courant électrique. Selon les lois de l'électromagnétisme, une telle boucle créera un champ magnétique. Chaque électron en orbite autour d'un noyau produit son propre champ magnétique, et la somme de ces champs, avec les champs intrinsèques des électrons et du noyau, détermine le champ magnétique de l'atome. À moins que tous ces champs ne s'annulent, l'atome peut être considéré comme un minuscule aimant.
Dans la plupart des matériaux, ces aimants atomiques pointent dans des directions aléatoires, de sorte que le matériau lui-même n'est pas magnétique. Dans certains cas - par exemple, lorsque des aimants atomiques à orientation aléatoire sont placés dans un champ magnétique externe puissant - ils s'alignent, renforçant le champ externe dans le processus. Ce phénomène est connu sous le nom de paramagnétisme. Dans quelques métaux, comme le fer, les forces interatomiques sont telles que les aimants atomiques s'alignent sur des régions de quelques milliers d'atomes. Ces régions sont appelées domaines. Dans le fer normal, les domaines sont orientés de manière aléatoire, de sorte que le matériau n'est pas magnétique. Si le fer est placé dans un champ magnétique puissant, cependant, les domaines s'aligneront et resteront alignés même après la suppression du champ externe. En conséquence, le morceau de fer va acquérir un fort champ magnétique. Ce phénomène est connu sous le nom de ferromagnétisme. Les aimants permanents sont fabriqués de cette manière.
