Metales
El otro gran tipo de sólido es el metal. Un metal se caracteriza por su brillo, la facilidad con la que puede deformarse (en lugar de romperse) al martillarlo, y sus altas conductividades eléctrica y térmica. Los metales también suelen tener densidades más altas que otros tipos de sólidos. El punto de partida de las teorías sobre las estructuras de los metales es considerar que están formados por cationes de los átomos metálicos incrustados en un mar formado por los electrones de valencia desechados. La movilidad de estos electrones explica las propiedades mecánicas, ópticas y eléctricas de los metales. Los cationes esféricos pueden agruparse estrechamente y, sin embargo, dar lugar a conjuntos eléctricos localmente neutros. Esto se debe a la capacidad de los electrones de propagarse entre los cationes y neutralizar sus cargas, independientemente de la proximidad de su empaquetamiento. La cercanía del empaquetamiento de los átomos explica las altas densidades de los metales.
En el contexto de las teorías del enlace químico, un metal es una molécula homonuclear extremadamente grande. (Para un punto de vista alternativo, véase cristal.) Si se considera que una muestra de sodio metálico está formada por n átomos de sodio en los que cada átomo tiene un orbital 3s para su uso en la construcción de orbitales moleculares y cada átomo suministra un electrón a un fondo común, entonces a partir de estos n orbitales atómicos se pueden construir n orbitales moleculares. Cada orbital tiene una energía característica, y el rango de energías que abarcan los n orbitales es finito, por muy grande que sea el valor de n. Si n es muy grande, se deduce que la separación energética entre orbitales moleculares vecinos es muy pequeña y se aproxima a cero cuando n se acerca al infinito. Los orbitales moleculares forman entonces una banda de energías. Otra banda similar puede formarse por la superposición de los orbitales 3p de los átomos, pero hay una brecha de banda sustancial -es decir, una región de energía en la que no hay orbitales moleculares- entre las dos bandas.
Aunque la banda 3s es prácticamente continua, en realidad consta de n orbitales moleculares discretos, cada uno de los cuales, por el principio de exclusión de Pauli, puede contener dos electrones emparejados. De ello se deduce que la banda 3s del sodio, que está ocupada por el conjunto de n electrones, está sólo medio llena. Hay orbitales moleculares vacíos inmediatamente por encima de los orbitales llenos superiores, y es fácil que una perturbación, como una diferencia de potencial aplicada o un campo electromagnético oscilante de luz incidente, mueva los electrones a estos niveles desocupados. Por lo tanto, los electrones son muy móviles y pueden conducir una corriente eléctrica, reflejar la luz, transmitir energía y migrar rápidamente a nuevas ubicaciones cuando los cationes se mueven mediante un martilleo.
La teoría completa de la estructura de los metales es un tema muy técnico (al igual que las teorías completas de los otros temas tratados aquí). Esta breve introducción sólo ha pretendido mostrar que las ideas de la teoría de los orbitales moleculares pueden extenderse de forma natural para dar cuenta de las características generales de las estructuras y propiedades de los sólidos.