Una de las características de la materia es que en ella los átomos de los distintos elementos están combinados entre sí, uniéndose por los llamados enlaces químicos. De hecho, la práctica totalidad de los átomos conocidos se pueden enlazar, con ellos mismos o con otros átomos distintos, formando las distintas substancias existentes en el universo.
Todos los enlaces químicos son realizados mediante los electrones externos de los átomos, ya que los núcleos no intervienen en los mismos. Existen tres tipos principales de enlaces químicos:
- Enlace iónico. Tal como predice la mecánica cuántica, en cada orbital atómico caben dos electrones. Cuando un átomo posee un orbital ocupado por un único electrón se encuentra con una situación inestable, que puede resolver bien ganando un electrón, bien perdiendo el electrón impar, quedando convertidos respectivamente en iones negativos (aniones) o positivos (cationes). Los cationes y los aniones, a su vez, tienden a unirse formando unos cristales iónicos en los cuales todos ellos están unidos por fuerzas electrostáticas. El ejemplo más común de los compuestos iónicos son las sales, como la sal común o cloruro sódico.
- Enlace covalente. En ocasiones los átomos no tienen la fuerza suficiente para captar o perder electrones, y lo que hacen es compartirlos. Aquí no existen iones cargados eléctricamente que a su vez están unidos por fuerzas electrostáticas, sino átomos unidos por un orbital común en el que comparten el par de electrones. Los compuestos covalentes son muy comunes en la naturaleza, y pueden ser de dos tipos: Moleculares, cuando los átomos forman una molécula discreta de composición, forma y tamaño definidos, o cristales covalentes, en los que forman redes cristalinas similares geométricamente a las de los cristales iónicos, pero en las que los átomos se unen a través de enlaces covalentes y no por fuerzas electrostáticas.
Ejemplos del primer caso podrían ser la mayor parte de los gases (hidrógeno, oxígeno, anhídrido carbónico, amoníaco...), substancias tan comunes como el agua, el azufre, el yodo o la práctica totalidad de los compuestos orgánicos (hidrocarburos, azúcares, alcoholes...). Como ejemplos de cristales moleculares podrían citarse el diamante, el cuarzo y muchos otros minerales.
- Enlace metálico. Los átomos de un metal no se unen unos a otros por ninguno de los enlaces anteriores. En su lugar, los átomos se disponen en una estructura cristalina. Sus electrones externos están poco retenidos, y a diferencia de lo que ocurren en los compuestos iónicos (en los que están en los propios iones) o en los covalentes (en los que forman enlaces entre los átomos), forman una nube moviéndose libremente por la totalidad del cristal. Esto es precisamente lo que explica las propiedades características de los metales, tales como el brillo, la conductividad eléctrica o la conductividad térmica.
Dentro de la ciencia ficción el tema de los enlaces químicos ha sido utilizado extensamente, si bien de una manera implícita: Nos estamos refiriendo a la desintegración, un proceso que ocurriría teóricamente (no se da en la práctica, salvo a temperaturas de varios miles de grados) al romperse de forma simultánea la totalidad de los enlaces químicos que daban consistencia a un cuerpo.
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