Lý do hình thành các electron tự do
Các nguyên tử kim loại thường có ít electron hơn ở lớp ngoài và hạt nhân kém hấp dẫn hơn với chúng. Khi các nguyên tử kim loại kết hợp với nhau tạo thành tinh thể kim loại, các electron lớp ngoài rời khỏi nguyên tử mẹ và trở thành các electron tự do. Nhiều, nhiều electron tự do tạo thành một đám mây điện tử (hay khí điện tử). Dưới tác dụng của điện trường ngoài, các electron tự do có thể trải qua chuyển động định hướng để tạo thành dòng điện.
Electron bị thu hút bởi hạt nhân và di chuyển xung quanh hạt nhân. Sự hấp dẫn của hạt nhân nguyên tử được chia thành mạnh và yếu. Khi hai nguyên tử khác nhau ở gần nhau, trong những điều kiện nhất định (như nhiệt độ tăng), tốc độ của các electron bên ngoài hạt nhân được tăng tốc, làm cho các electron hấp dẫn hơn. Hạt nhân thu hút quá khứ và rời khỏi hạt nhân ban đầu để tạo thành một electron tự do. Một lý do khác là do các điều kiện bên ngoài (như nhiệt độ tăng), khả năng di chuyển của electron được cải thiện. Vì khả năng thu hút của hạt nhân nguyên tử được nhận ra trong một phạm vi nhất định, nhiệt độ làm tăng động năng của electron và tăng khả năng di chuyển. Với một xác suất nhất định, sự chuyển động vượt ra ngoài phạm vi thu hút của hạt nhân nguyên tử sẽ khiến các electron thoát khỏi sự ràng buộc của hạt nhân nguyên tử và tạo thành một electron tự do. Lý do trước đây thuộc về sự thay đổi hóa học, lý do thứ hai nên thuộc về sự thay đổi vật lý, bởi vì không có chất mới nào được hình thành, nhưng quá trình hình thành electron tự do sau này chính xác là một liên kết phản ứng trung gian của phản ứng hóa học hoàn chỉnh.