Diversos modelos têm sido desenvolvidos para esclarecer tais dúvidas. Umas das primeiras tentativas de explicar como os átomos se unem para formar as substâncias foi apresentada por Torbern Olof Bergman (1735-1784), cientista suíço, e Marcelin Berthellot (1827-1907), químico francês. Eles relacionaram a tendência de os átomos se ligarem com as forças gravitacionais, ou seja, com a atração provocada pelas massas dos átomos. Por essa lógica, os átomos maiores exerceriam maior atração do que os menores, efetuando ligações mais estáveis. No entanto não é isso que acontece na prática. Outros modelos foram desenvolvidos, alguns foram esquecidos e outros, embora incorretos, são usados para explicar alguns processos químicos básicos. 

Ligação Iônica

Uma ligação iônica é consequência da atração eletrostática entre íons com cargas opostas. Isto significa que é necessário entender as mudanças de energia que acompanham a formação dos íons e as interações entre eles. Um ponto importante é que um sólido iônico não se mantém junto por ligações entre pares específicos de íons: todos os cátions interagem mais ou menos com todos os ânions, todos os cátions repelem-se uns aos outros e todos os ânions repelem-se uns aos outros. Uma ligação iônica é uma característica do cristal como um todo, e o abaixamento líquido de energia leva em conta todo o cristal. Um sólido iônico é um conjunto de cátions e Ânions empacotados em um arranjo regular.

No caso do cloreto de sódio, os íons sódio alternam-se com íons cloreto, e um grande número de íons de cargas opostas se alinham nas três dimensões.

A energia necessária para a formação de ligações iônicas é fornecida, em sua maior parte, pela atração coulômbica entre íons de cargas opostas. O modelo iônico é uma boa descrição entre não-metais e metais (Ametal + Metal), particularmente no caso dos metais do bloco s.

O termo ligação iônica refere-se às forças eletrostáticas que existem entre íons de cargas de sinais contrários. Podemos definir como a união entre átomos, depois que um átomo transfere definitivamente um, dois ou mais elétrons a outro átomo. Os íons devem ser formados a partir de átomos pela transferência de um ou mais elétron de um átomo para outro.

As propriedades dos compostos iônicos são: apresentam-se como sólidos Cristalinos; apresentam altos pontos de fusão e ebulição; são bons condutores de corrente elétrica quando fundidos ou em meio aquoso; Possuem alta solubilidade em água.

Ligação Covalente

Como os não metais não formam cátions monoatômicos, a natureza das ligações entre átomos de não-metais desconcertou os cientistas até 1916, quanto Lewis encontrou uma explicação. Com intuição brilhante, e antes do desenvolvimento da mecânica quântica ou do conceito de orbitais, Lewis propôs que uma ligação covalente é um par de elétrons compartilhados por dois átomos. Para Lewis um par de elétrons é compartilhado por dois átomos, isto é, os elétrons interagem com os dois núcleos.

A ligação covalente resulta do compartilhamento de elétrons entre dois átomos. Os exemplos mais familiares de ligação covalente são vistos nas interações entre elementos não-metálicos.

Tipos de ligações

As ligações podem ser simples ou Sigma (σ), Pi (π ) e Coordenada (Dativa). A Ligação Sigma (σ): Entre dois átomos só pode haver uma ligação Sigma, pois entre dois núcleos só existe um eixo internuclear. Ex: H₂ ( s − s ) Cl₂ ( p – p ). As ligações sigma permitem livre rotação, um átomo pode girar independentemente em relação ao outro. A ligação mais estável é axial, ou seja, ocorre no outro eixo intermolecular. É uma ligação forte. Exemplos: HCl; H₂O; F₂; NH₃.

Ligações Múltiplas – Ligação Pi (π): São laterais, só podem ocorrer entre orbitais “p” que estejam perpendiculares ao eixo sigma e paralelas entre si. Ex: O₂; N₂; CO₂; HCN. Ligação Covalente Coordenada: Quando apenas um dos átomos contribui com os dois elétrons para a formação do par eletrônico. (Par eletrônico formado por elétrons de um só átomo). Na ligação covalente coordenada – antigamente essa ligação era chamada de dativa e era representada por uma seta (→), mas essa nomenclatura e representação estão em desuso – o átomo que se estabiliza primeiro fornecerá pares eletrônicos até estabilizar os demais. Este tipo de ligação ocorre, por exemplo, nas moléculas: SO₂; SO₃; H₂SO₄; H₃PO₄.

Ligação metálica

As ligações metálicas são encontradas em metais como cobre, ferro e alumínio. Nesses metais cada átomo está ligado a vários átomos vizinhos. Os elétrons ligantes estão relativamente livres para mover-se pela estrutura tridimensional do metal. As ligações metálicas dão origem a tais propriedades metálicas como altas condutividades elétricas e brilho.

Propriedades dos metais: Brilho metálico; Condutividade térmica e elétrica elevadas; Densidade elevada; Pontos de fusão e ebulição elevados; Maleáveis (podem formar chapas); Dúcteis (podem se transformar em fios); Podem ser moldados; São condutores de eletricidade – inclusive no estado líquido.