Εάν τα άτομα είναι ως επί το πλείστον κενό χώρο, γιατί τα αντικείμενα φαίνονται και αισθάνονται συμπαγή;

Τα αντικείμενα φαίνονται και αισθάνονται σταθερά λόγω των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των ατόμων που τα κάνουν. Ενώ είναι αλήθεια ότι τα ίδια τα άτομα είναι ως επί το πλείστον κενός χώρος, τα ηλεκτρόνια που περιστρέφονται περιστασιακά ο πυρήνας δημιουργούν μια ισχυρή ηλεκτρομαγνητική δύναμη που δεσμεύει τα άτομα μαζί. Αυτή η δύναμη είναι αυτό που δίνει τα αντικείμενα τη σταθερότητα τους και τους εμποδίζει να καταρρεύσουν σε ένα σύννεφο σωματιδίων.

Η αρχή του αποκλεισμού Pauli αναφέρει ότι δεν μπορούν να καταλαμβάνουν δύο ηλεκτρόνια την ίδια κβαντική κατάσταση. Αυτό σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια σε ένα άτομο πρέπει να τοποθετηθούν σε διαφορετικά κελύφη γύρω από τον πυρήνα. Το εξώτατο κέλυφος των ηλεκτρονίων ονομάζεται κέλυφος σθένους και τα ηλεκτρόνια σε αυτό το κέλυφος είναι υπεύθυνα για τη χημική σύνδεση μεταξύ των ατόμων.

Όταν δύο άτομα έρχονται κοντά, τα ηλεκτρόνια σθένους τους αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Εάν τα ηλεκτρόνια προσελκύονται μεταξύ τους, θα σχηματίσουν χημικό δεσμό. Ο τύπος του χημικού δεσμού που σχηματίζεται εξαρτάται από τον αριθμό των ηλεκτρονίων σθένους σε κάθε άτομο.

Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι χημικών δεσμών:ομοιοπολικοί δεσμοί, ιοντικοί δεσμοί και μεταλλικοί δεσμοί.

ομοιοπολικοί δεσμοί εμφανίζονται όταν δύο άτομα μοιράζονται ένα ή περισσότερα ζεύγη ηλεκτρονίων. Τα ηλεκτρόνια κρατούνται σε μια περιοχή χώρου μεταξύ των δύο πυρήνων, που ονομάζονται μοριακό τροχιακό. Οι ομοιοπολικοί δεσμοί είναι ο ισχυρότερος τύπος χημικού δεσμού.

ιονικοί δεσμοί εμφανίζονται όταν ένα άτομο μεταφέρει ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια σε άλλο άτομο. Τα άτομα που κερδίζουν ηλεκτρόνια γίνονται αρνητικά φορτισμένα, ενώ τα άτομα που χάνουν ηλεκτρόνια γίνονται θετικά φορτισμένα. Τα αντίθετα φορτισμένα ιόντα στη συνέχεια προσελκύονται μεταξύ τους. Οι ιοντικοί δεσμοί είναι ασθενέστεροι από τους ομοιοπολικούς δεσμούς.

Μεταλλικοί δεσμοί εμφανίζονται όταν τα ηλεκτρόνια των μεταλλικών ατόμων μετατοπίζονται, πράγμα που σημαίνει ότι δεν συνδέονται με κάποιο συγκεκριμένο άτομο. Τα απομακρυσμένα ηλεκτρόνια σχηματίζουν μια "θάλασσα" ηλεκτρονίων που ρέουν σε όλο το μέταλλο. Οι μεταλλικοί δεσμοί είναι ασθενέστεροι από τους ομοιοπολικούς δεσμούς, αλλά είναι ισχυρότεροι από τους ιοντικούς δεσμούς.

Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ατόμων και των ηλεκτρονίων τους είναι αυτό που δίνουν τα αντικείμενα τις φυσικές τους ιδιότητες. Η αντοχή των χημικών δεσμών μεταξύ των ατόμων καθορίζει πόσο σκληρό ή μαλακό είναι ένα αντικείμενο και η διάταξη των ατόμων καθορίζει το σχήμα και την πυκνότητα του.