Metais
O restante tipo principal de sólido é um metal. Um metal é caracterizado pelo seu brilho, pela facilidade com que pode ser deformado (em vez de estilhaçado) por martelamento, e pelas suas altas condutividades eléctricas e térmicas. Os metais também tendem a ter densidades mais elevadas do que outros tipos de sólidos. O ponto de partida para as teorias sobre as estruturas dos metais é considerá-los como sendo constituídos por cátions dos átomos metálicos incrustados num mar formado pelos electrões de valência descartados. A mobilidade desses elétrons é responsável pelas propriedades mecânicas, ópticas e elétricas dos metais. Os cátions esféricos podem ser agrupados de forma estreita, mas ainda dão origem a montagens elétricas neutras localmente. Isto é devido à capacidade dos elétrons de se espalharem entre os cátions e neutralizarem suas cargas, independentemente de quão próximos eles são embalados. A proximidade do empacotamento dos átomos é responsável pelas altas densidades dos metais.
No contexto das teorias da ligação química, um metal é uma molécula homonuclear extremamente grande. (Para um ponto de vista alternativo, ver cristal.) Se uma amostra de metal de sódio é considerada como consistindo de n átomos de sódio onde cada átomo tem um orbital de 3s para uso na construção de orbitais moleculares e cada átomo fornece um elétron para um pool comum, então a partir destes n orbitais atômicos n orbitais moleculares podem ser construídos. Cada orbital tem uma energia característica, e a gama de energias compreendida pelos n orbitais é finita, por maior que seja o valor de n. Se n é muito grande, segue-se que a separação de energia entre orbitais moleculares vizinhos é muito pequena e aproxima-se de zero à medida que n se aproxima do infinito. As orbitais moleculares formam então uma faixa de energias. Outra banda semelhante pode ser formada pela sobreposição das orbitais 3p dos átomos, mas há uma lacuna substancial na banda – ou seja, uma região de energia na qual não há orbitais moleculares – entre as duas bandas.
Embora a banda 3s seja praticamente contínua, ela na verdade consiste em n orbitais moleculares discretos, cada um dos quais, pelo princípio de exclusão Pauli, pode conter dois elétrons pareados. Segue-se que a banda de 3s de sódio, que é ocupada pelo conjunto de n elétrons, está apenas meia cheia. Existem orbitais moleculares vazios imediatamente acima dos orbitais mais elevados preenchidos, e é fácil para uma perturbação, como uma diferença de potencial aplicada ou um campo eletromagnético oscilante de luz incidente, mover os elétrons para esses níveis desocupados. Portanto, os elétrons são muito móveis e podem conduzir uma corrente elétrica, refletir luz, transmitir energia e migrar rapidamente para novos locais quando os cátions são movidos por martelamento.
A teoria completa da estrutura dos metais é um assunto altamente técnico (assim como as teorias completas dos outros tópicos aqui discutidos). Esta breve introdução pretendeu apenas mostrar que as ideias da teoria molecular orbital podem ser naturalmente estendidas para dar conta das características gerais das estruturas e propriedades dos sólidos.