Metalle
Die verbleibende Hauptart von Festkörpern ist ein Metall. Ein Metall zeichnet sich durch seinen Glanz, die leichte Verformbarkeit durch Hämmern und seine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit aus. Außerdem haben Metalle in der Regel eine höhere Dichte als andere Arten von Festkörpern. Der Ausgangspunkt für Theorien über die Struktur von Metallen ist die Annahme, dass sie aus Kationen der Metallatome bestehen, die in ein Meer aus abgelegten Valenzelektronen eingebettet sind. Die Beweglichkeit dieser Elektronen ist für die mechanischen, optischen und elektrischen Eigenschaften der Metalle verantwortlich. Die kugelförmigen Kationen können sich eng aneinander anlagern und dennoch lokal neutrale elektrische Baugruppen bilden. Der Grund dafür ist die Fähigkeit der Elektronen, sich zwischen den Kationen auszubreiten und ihre Ladungen zu neutralisieren, unabhängig davon, wie dicht sie gepackt sind. Die enge Packung der Atome ist der Grund für die hohe Dichte der Metalle.
Im Zusammenhang mit den Theorien der chemischen Bindung ist ein Metall ein extrem großes homonukleares Molekül. (Für eine alternative Sichtweise siehe Kristall.) Wenn man sich eine Natriummetallprobe so vorstellt, dass sie aus n Natriumatomen besteht, wobei jedes Atom ein 3s-Orbital für die Konstruktion von Molekülorbitalen besitzt und jedes Atom ein Elektron an einen gemeinsamen Pool abgibt, dann können aus diesen n Atomorbitalen n Molekülorbitale konstruiert werden. Jedes Orbital hat eine charakteristische Energie, und der von den n Orbitalen aufgespannte Energiebereich ist endlich, unabhängig davon, wie groß der Wert von n ist. Ist n sehr groß, so ist der Energieabstand zwischen benachbarten Molekülorbitalen sehr klein und nähert sich Null, wenn n gegen unendlich geht. Die Molekülorbitale bilden dann ein Energieband. Ein weiteres ähnliches Band kann durch die Überlappung der 3p-Orbitale der Atome gebildet werden, aber zwischen den beiden Bändern besteht eine beträchtliche Bandlücke, d. h. ein Energiebereich, in dem es keine Molekülorbitale gibt.
Obwohl das 3s-Band praktisch kontinuierlich ist, besteht es in Wirklichkeit aus n diskreten Molekülorbitalen, von denen jedes nach dem Pauli-Ausschlussprinzip zwei gepaarte Elektronen enthalten kann. Daraus folgt, dass das 3s-Band von Natrium, das durch den Pool von n Elektronen besetzt ist, nur zur Hälfte gefüllt ist. Unmittelbar über den obersten gefüllten Orbitalen befinden sich leere Molekülorbitale, und eine Störung, wie eine angelegte Potenzialdifferenz oder ein oszillierendes elektromagnetisches Feld durch einfallendes Licht, kann die Elektronen leicht in diese unbesetzten Niveaus verschieben. Daher sind die Elektronen sehr beweglich und können einen elektrischen Strom leiten, Licht reflektieren, Energie übertragen und schnell zu neuen Orten wandern, wenn die Kationen durch Hämmern bewegt werden.
Die vollständige Theorie der Struktur von Metallen ist ein sehr technisches Thema (wie auch die vollständigen Theorien der anderen hier behandelten Themen). Diese kurze Einführung soll nur zeigen, dass die Ideen der Molekülorbitaltheorie natürlich erweitert werden können, um die allgemeinen Merkmale der Strukturen und Eigenschaften von Festkörpern zu erklären.