Skäl till bildandet av fria elektroner
Metallatomer har vanligtvis färre elektroner i det yttre skiktet, och kärnan är mindre attraktiv för dem. När metallatomer kombineras för att bilda en metallkristall lämnar det yttre skiktelektronerna moderatom och blir fria elektroner. Många, många gratiselektroner bildar ett elektroniskt moln (eller elektrongas). Under verkan av ett externt elektriskt fält kan fria elektroner genomgå riktningsrörelse för att bilda en ström.
Elektroner lockas av kärnan och rör sig runt kärnan. Attraktionen hos atomkärnor är indelad i starka och svaga. När två olika atomer är nära varandra, under vissa förhållanden (som temperaturökning), påskyndas hastigheten för elektroner utanför kärnan, vilket gör elektronerna mer attraktiva. Kärnan lockar det förflutna och lämnar den ursprungliga kärnan för att bilda en fri elektron. Ett annat skäl är att på grund av yttre förhållanden (som temperaturökning) förbättras elektronens förmåga att röra sig. Eftersom attraktionskraften hos atomkärnor realiseras inom ett visst intervall ökar temperaturen elektronens kinetiska energi och ökar dess förmåga att röra sig. Med en viss sannolikhet kommer rörelsen utanför attraktionskraften för atomkärnan att leda till att elektronerna fly ut från bindningen i atomkärnan och bildar en fri elektron. Det förra skälet tillhör kemisk förändring, det senare borde tillhöra fysisk förändring, eftersom ingen ny substans bildas, men processen att bilda den senare fria elektronen är exakt en mellanliggande reaktionslänk för en fullständig kemisk reaktion.