Nie wiem czy Bóg istnieje, ale byłoby z korzyścią dla Jego reputacji, gdyby nie istniał" - Renard
ładunku elementarnego, decyduje o ilości elektronów otaczających jądro (atom jako całość musi być elektrycznie obojętny) oraz o kształcie ich orbit. Ta różnica między jądrem a powłoką elektronową od razu wyjaśnia, dlaczego w chemii atomy pierwiastków są ostatecznymi jednostkami materii i dlaczego do wywołania przemiany jednego pierwiastka w inny niezbędna jest bardzo wielka energia. Wiązania chemiczne między sąsiednimi atomami powstają wskutek wzajemnego oddziaływania ich powłok elektronowych, a energie wiązań są stosunkowo małe. Elektron przyśpieszony w rurze próżniowej za pomocą potencjału kilku woltów ma energię dostateczną, aby pobudzić powłoki elektronowe do emisji promieniowania lub rozerwać wiązanie chemiczne. Ładunek jądra decyduje o własnościach chemicznych atomu, jakkolwiek własności te wynikają z budowy powłoki elektronowej. Jeśli się pragnie zmienić własności chemiczne atomu, należy zmienić ładunek jego jądra, a to wymaga energii mniej więcej milion razy większej niż ta, z którą mamy do czynienia w reakcjach chemicznych. Ten model planetarny, traktowany jako układ, w którym spełnione są prawa mechaniki Newtona, nie mógł jednakże wytłumaczyć trwałości atomu. Jak zostało podkreślone w jednym z poprzednich rozdziałów, jedynie zastosowanie teorii kwantów do tego modelu umożliwia wytłumaczenie faktu, że np. atom węgla, po wzajemnym oddziaływaniu z innymi atomami lub po emisji promieniowania, zawsze pozostanie koniec końców atomem węgla z taką samą powłoką elektronową, jaką miał przedtem. Trwałość tę można w prosty sposób wytłumaczyć dzięki tym samym cechom teorii kwantów, które uniemożliwiają podanie zwykłego, obiektywnego, czasoprzestrzennego opisu budowy atomu. W ten sposób uzyskano pierwsze podstawy niezbędne do zrozumienia budowy materii. Chemiczne i inne własności atomów można było określić za pomocą aparatu matematycznego teorii kwantów. Uczeni byli w stanie podjąć próby kontynuowania analizy budowy materii. Możliwe były dwa przeciwstawne kierunki badań. Można było badać bądź wzajemne oddziaływanie atomów, ich stosunek do większych układów, takich jak cząsteczki, kryształy lub obiekty biologiczne, bądź też badać jądro atomowe i jego części składowe dopóty, dopóki nie zrozumie się, na czym polega jedność materii. W ostatnich dziesięcioleciach prowadzono intensywne badania w obu tych kierunkach. Obecnie wyjaśnimy, jaką rolę odgrywała teoria kwantów w tych dwóch dziedzinach badań. Siły działające między sąsiadującymi atomami są przede wszystkim siłami elektrycznymi - ładunki różnoimienne przyciągają się, odpychają się natomiast jednoimienne; elektrony w atomie są przyciągane przez jądro, a jednocześnie wzajemnie się odpychają. Siły te nie działają jednak zgodnie z prawami mechaniki Newtona, lecz zgodnie z prawami mechaniki kwantowej. Wskutek tego istnieją dwa rodzaju wiązań między atomami. W przypadku wiązania pierwszego rodzaju elektron z jednego atomu przechodzi do innego, gdzie uzupełnia np. zewnętrzną warstwę powłoki elektronowej. W wyniku atomy te uzyskują ładunki elektryczne; stają się - jak mówią fizycy - jonami; ponieważ jony owe mają ładunki różnoimienne, przyciągają się one wzajemnie. Chemicy nazywają to wiązanie polarnym. W przypadku wiązania drugiego rodzaju elektron należy do obu atomów. Opisuje to w charakterystyczny dla siebie sposób jedynie teoria kwantowa. Posługując się pojęciem orbity elektronowej, można powiedzieć - niezupełnie ściśle - że elektron krąży wokół jąder obu atomów i przez znaczną część czasu znajduje się zarówno w jednym, jak i w drugim atomie. Ten drugi typ wiązania chemicy nazywają wiązaniem homeopolarnym lub kowalencyjnym. Te dwa typy wiązań (i wszelkiego rodzaju wiązania, o charakterze pośrednim) umożliwiają istnienie różnych połączeń atomów. Wydaje się, że koniec końców właśnie dzięki powstaniu tych wiązań istnieją wszystkie złożone struktury materialne, badane przez fizyków i chemików. Związki chemiczne tworzą się w ten sposób, że różne atomy łączą się w odrębne grupy, z których każda jest cząsteczką danego związku. Podczas powstawania kryształów atomy układają się w regularne siatki krystaliczne. Gdy powstają metale, atomy zostają upakowane tak gęsto, że ich elektrony zewnętrzne mogą opuścić powłoki elektronowe i wędrować wewnątrz danego kawałka metalu we wszystkich kierunkach