Il principio di esclusione di Pauli afferma che due elettroni non possono occupare lo stesso stato quantico. Ciò significa che gli elettroni di un atomo devono essere disposti in gusci diversi attorno al nucleo. Il guscio più esterno degli elettroni è chiamato guscio di valenza e gli elettroni in questo guscio sono responsabili del legame chimico tra gli atomi.
Quando due atomi si avvicinano, i loro elettroni di valenza interagiscono tra loro. Se gli elettroni sono attratti tra loro, formeranno un legame chimico. Il tipo di legame chimico che si forma dipende dal numero di elettroni di valenza presenti in ciascun atomo.
Esistono tre tipi principali di legami chimici:legami covalenti, legami ionici e legami metallici.
Legami covalenti si verificano quando due atomi condividono una o più coppie di elettroni. Gli elettroni sono trattenuti in una regione di spazio tra i due nuclei, chiamata orbitale molecolare. I legami covalenti sono il tipo più forte di legame chimico.
Legami ionici si verificano quando un atomo trasferisce uno o più elettroni ad un altro atomo. Gli atomi che acquistano elettroni si caricano negativamente, mentre gli atomi che perdono elettroni si caricano positivamente. Gli ioni di carica opposta vengono quindi attratti l'uno dall'altro. I legami ionici sono più deboli dei legami covalenti.
Obbligazioni metalliche si verificano quando gli elettroni di valenza degli atomi metallici sono delocalizzati, nel senso che non sono associati a nessun atomo particolare. Gli elettroni delocalizzati formano un "mare" di elettroni che scorre in tutto il metallo. I legami metallici sono più deboli dei legami covalenti, ma sono più forti dei legami ionici.
Le interazioni tra gli atomi e i loro elettroni sono ciò che conferisce agli oggetti le loro proprietà fisiche. La forza dei legami chimici tra gli atomi determina quanto è duro o morbido un oggetto, e la disposizione degli atomi ne determina la forma e la densità.
