Nas substâncias químicas os átomos estão unidos por meio de forças de natureza eletromagnética, formando as ligações. São forças relacionadas com as cargas elétricas, que podem estar paradas ou em movimento, gerando campos magnéticos. Para entender isso, é importante saber que um átomo é formado por um núcleo com carga positiva, cercado pelo(s) elétron(s), que se movem rapidamente, gerando uma distribuição espacial como se fosse uma nuvem carregada negativamente. No global, essas cargas se igualam, deixando o átomo eletricamente neutro.
Além da carga, um elétron também possui um movimento de rotação conhecido como spin, representado por setas verticais (↑ ou ↓), em função dos diferentes sentidos de giro. Essa propriedade desempenha papel importante na estrutura do átomo e nas ligações químicas. O átomo mais simples, o hidrogênio (H), possui um próton no núcleo e um elétron. Quando dois átomos de hidrogênio se aproximam com elétrons de spins paralelos, ocorre uma situação repulsiva. Já quando os spins são antiparalelos, os elétrons tendem a permanecer entre os dois núcleos, aproximando-os e formando uma ligação química. Nesse caso, os elétrons compartilhados atuam como uma espécie de “cola”, originando a chamada ligação covalente.
As ligações covalentes podem ocorrer entre diferentes elementos químicos, originando moléculas. Entretanto, em algumas ligações um dos átomos apresenta maior capacidade de atrair elétrons. Essa propriedade foi denominada eletronegatividade por Linus Pauling, que desenvolveu uma escala numérica para comparar o poder de atração dos elementos químicos.
O flúor é o elemento mais eletronegativo conhecido. Quando existe diferença de eletronegatividade entre dois átomos, o par de elétrons compartilhado desloca-se em direção ao átomo mais eletronegativo, originando regiões parcialmente positivas (δ+) e parcialmente negativas (δ−). Assim surgem os dipolos elétricos e as chamadas ligações polares.
Quando a diferença de eletronegatividade é muito elevada, o elétron pode ser transferido completamente de um átomo para outro, formando íons. O átomo que perde elétrons transforma-se em um cátion, enquanto o que ganha elétrons torna-se um ânion. A atração eletrostática entre essas cargas opostas leva à formação dos compostos iônicos, como o cloreto de sódio (NaCl).
Os compostos iônicos geralmente apresentam boa solubilidade em água devido à interação entre os íons e as moléculas polares do solvente. Quando dissolvidos, os íons ficam livres em solução e podem movimentar-se na presença de um campo elétrico. Por isso, soluções iônicas conduzem corrente elétrica.
A condutividade elétrica é uma importante evidência da presença de íons em solução. Compostos como sais, bases e alguns ácidos apresentam elevada capacidade de condução elétrica porque liberam partículas carregadas no meio aquoso. Já substâncias moleculares, como o açúcar, dissolvem-se sem formar íons, não conduzindo eletricidade de maneira significativa.
Existem ainda substâncias moleculares capazes de sofrer ionização em solução, formando íons e tornando-se condutoras. O ácido sulfâmico é um exemplo desse comportamento. Nesse caso, embora o composto seja molecular, ocorre formação de espécies carregadas quando dissolvido em água.
Além dos compostos iônicos e moleculares, existem também os sólidos covalentes e os sólidos metálicos. Nos sólidos covalentes, os átomos formam extensas redes tridimensionais muito resistentes, como ocorre no diamante. Já nos metais, os elétrons apresentam grande liberdade de movimentação entre os átomos, permitindo elevada condução elétrica e térmica. É justamente essa mobilidade eletrônica que possibilita a utilização dos metais em fios elétricos, circuitos e dispositivos eletrônicos.