Johtimet ja eristeet
Tapa, jolla atomit sitoutuvat toisiinsa, vaikuttaa niiden muodostamien materiaalien sähköisiin ominaisuuksiin. Esimerkiksi materiaaleissa, joita metallisidos pitää yhdessä, elektronit kelluvat löysästi metalli-ionien välillä. Nämä elektronit voivat liikkua vapaasti, jos sähköinen voima kohdistuu. Esimerkiksi, jos kuparilanka on kiinnitetty akun napojen yli, elektronit virtaavat langan sisällä. Siten sähkövirta virtaa ja kuparin sanotaan olevan johdin.
Elektronien virtaus johtimen sisällä ei kuitenkaan ole aivan niin yksinkertaista. Vapaa elektroni kiihtyy hetkeksi, mutta törmää sitten ionin kanssa. Törmäysprosessissa osa elektronin hankkimasta energiasta siirtyy ioniin. Seurauksena on, että ioni liikkuu nopeammin, ja tarkkailija huomaa langan lämpötilan nousun. Tätä sähköenergian muuntamista elektronien liikkeestä lämpöenergiaksi kutsutaan sähköiseksi vastukseksi. Materiaalissa, jolla on korkea vastus, lanka kuumenee nopeasti, kun sähkövirta virtaa. Matalan vastuskyvyn omaavassa materiaalissa, kuten kuparilanka, suurin osa energiasta jää liikkuvien elektronien kanssa, joten materiaali siirtää sähköenergiaa yhdestä pisteestä toiseen. Sen erinomainen johtavuus ja suhteellisen alhaiset kustannukset ovat siksi kuparia yleisesti käytetty sähköjohdotuksissa.
Täsmälleen päinvastainen tilanne esiintyy materiaaleissa, kuten muoveissa ja keramiikoissa, joissa kaikki elektronit ovat lukittuneet ionisiin tai kovalenttisiin sidoksiin. Kun tällaisia materiaaleja sijoitetaan akun napojen väliin, ei virtaa - ei yksinkertaisesti ole elektronia, jotka voisivat liikkua vapaasti. Sellaisia materiaaleja kutsutaan eristeiksi.
Magneettiset ominaisuudet
Materiaalien magneettiset ominaisuudet liittyvät myös atomien elektronien käyttäytymiseen. Kiertoradalla olevaa elektronia voidaan ajatella miniatyyri- nä sähkövirran silmukkana. Sähkömagneettisten lakien mukaan tällainen silmukka luo magneettikentän. Jokainen ydin ympärillä kiertoradalla oleva elektroni tuottaa oman magneettikentän, ja näiden kenttien summa yhdessä elektronien ja ytimen luontaisten kenttien kanssa määrää atomin magneettikentän. Ellei kaikki nämä kentät katoa, atomia voidaan pitää pienenä magneettina.
Useimmissa materiaaleissa nämä atomimagneetit osoittavat satunnaisiin suuntiin, joten materiaali itsessään ei ole magneettinen. Joissain tapauksissa - esimerkiksi kun satunnaisesti suuntautuneet atomimagneetit sijoitetaan vahvaan ulkoiseen magneettikentään - ne riviintuvat, vahvistaen ulkoista kenttää prosessissa. Tämä ilmiö tunnetaan paramagnetismina. Muutamissa metalleissa, kuten raudassa, interatomiset voimat ovat sellaisia, että atomimagneetit asettuvat alueille muutaman tuhannen atomin poikki. Näitä alueita kutsutaan verkkotunnuksiksi. Normaalissa raudassa domeenit ovat suunnattu satunnaisesti, joten materiaali ei ole magneettinen. Jos rauta sijoitetaan voimakkaaseen magneettikenttään, domeenit kuitenkin linjautuvat, ja ne pysyvät linjassa myös ulkoisen kentän poistamisen jälkeen. Seurauksena on, että rautapala saa voimakkaan magneettikentän. Tämä ilmiö tunnetaan ferromagneetismina. Pysyvät magneetit valmistetaan tällä tavalla.
