Quando gli atomi si avvicinano, gli elettroni di valenza possono interagire tra loro. Questa interazione può portare al trasferimento di elettroni di valenza da un atomo all'altro, con conseguente formazione di ioni positivi e negativi. In alternativa, gli elettroni di valenza possono essere condivisi tra due o più atomi, formando legami covalenti.
In alcuni casi, gli elettroni di valenza possono essere completamente strappati via dall’atomo, lasciando dietro di sé uno ione carico positivamente. Questo processo, noto come ionizzazione, può verificarsi quando un atomo è esposto a radiazioni ad alta energia, come i raggi X o i raggi gamma, o quando entra in collisione con un altro atomo o molecola con sufficiente energia.
Gli elettroni liberi possono anche essere generati attraverso l'energia termica. Quando una sostanza viene riscaldata, gli atomi e le molecole acquistano energia cinetica, che li fa vibrare più vigorosamente. All’aumentare della temperatura, le vibrazioni diventano più energetiche e gli elettroni di valenza possono staccarsi dai loro atomi, con conseguente formazione di elettroni liberi e ioni caricati positivamente. Questo processo è noto come ionizzazione termica.
Infine, gli elettroni liberi possono essere prodotti attraverso la fotoemissione, che avviene quando la luce interagisce con un materiale. Quando un fotone di luce colpisce un atomo o una molecola, può trasferire la sua energia a un elettrone, provocando l'espulsione dell'elettrone dall'atomo o dalla molecola. Questo processo è noto come effetto fotoelettrico ed è la base per vari dispositivi optoelettronici come fotodiodi e celle solari.
