Redenen voor de vorming van vrije elektronen
Metaalatomen hebben over het algemeen minder elektronen in de buitenste laag en de kern is voor hen minder aantrekkelijk. Wanneer metaalatomen combineren om een metaalkristal te vormen, verlaten de buitenste laag elektronen het ouderatoom en worden vrije elektronen. Heel veel vrije elektronen vormen een elektronenwolk (of elektronengas). Onder invloed van een extern elektrisch veld kunnen vrije elektronen een gerichte beweging ondergaan om een stroom te vormen.
Elektronen worden aangetrokken door de kern en bewegen rond de kern. De aantrekkingskracht van atoomkernen is verdeeld in sterk en zwak. Wanneer twee verschillende atomen dicht bij elkaar liggen, wordt onder bepaalde omstandigheden (zoals temperatuurstijging) de snelheid van elektronen buiten de kern versneld, waardoor de elektronen aantrekkelijker worden. De kern trekt het verleden aan en verlaat de oorspronkelijke kern om een vrij elektron te vormen. Een andere reden is dat door externe omstandigheden (zoals temperatuurstijging) het bewegingsvermogen van het elektron wordt verbeterd. Omdat het aantrekkingsvermogen van atoomkernen binnen een bepaald bereik wordt gerealiseerd, verhoogt de temperatuur de kinetische energie van het elektron en verhoogt het zijn bewegingsvermogen. Met een zekere waarschijnlijkheid zal de beweging buiten het aantrekkingsbereik van de atoomkern ervoor zorgen dat de elektronen uit de binding van de atoomkern ontsnappen en een vrij elektron vormen. De eerste reden ligt bij chemische verandering, de laatste bij fysieke verandering, omdat er geen nieuwe stof wordt gevormd, maar het proces van het vormen van het laatste vrije elektron is precies een tussenliggende reactielink van een complete chemische reactie.