Ok, mình nghĩ nên bắt đầu bằng một ví dụ sẽ hay hơn, giả sử chúng ta có một dây bạc bao gồm rất nhiều nguyên tử bạc, tưởng tượng rằng ta sẽ lấy một nguyên tử bạc ra để xem cấu trúc của nó, chúng ta có cấu trúc của một nguyên tử bạc (Ag) như sau:

Bạn hãy để ý lớp electron ngoài cùng, chỉ có 1 electron đúng không nào? Chưa nói vội chỗ này, chúng ta sẽ xem tiếp một nguyên tử của một chất khác, lần này là chất khí Xenon, nhìn xem:

Bạn cũng để ý lớp electron ngoài cùng, có tới 8 electron luôn đúng không nào. Vậy sự khác nhau ở đây là gì?

Trong điều kiện bình thường, bạc có thể dẫn điện bởi nguyên tử của nó tồn tại electron tự do và khí xenon không thể dẫn điện bởi nguyên tử của nó không tồn tại electron tự do.

Bởi vì sao?

Đối với những nguyên tử chỉ có 1 hoặc 2 electron ở lớp ngoài cùng, do đó sự liên kết giữa các electron trở nên yếu ớt, chúng có thể tách ra khỏi nguyên tử đó khi có sự tác động từ bên ngoài (ví dụ như điện áp) và di chuyển qua các nguyên tử khác lân cận một cách tự do, chúng ta gọi chúng là những electron tự do. Và yes, các vật liệu bằng kim loại như vàng (Au), bạc (Ag), đồng (Cu),... đều có cấu tạo như vậy, cho nên chúng mới được sử dụng làm dây dẫn điện.

Đối với những nguyên tử có lớp ngoài cùng full 8 electron hoặc gần full (6 hoặc 7 electron), sự liên kết giữa các electron rất chặt chẽ, cho nên ở điều kiện bình thường các electron lớp ngoài cùng không thể di chuyển một cách tự do, nhưng lưu ý một điều rằng, với một ngoại lực tác dụng đủ mạnh, các liên kết electron lớp ngoài cũng sẽ bị phá vỡ và di chuyển tự do, ví dụ nếu điện áp lên đến mấy trăm ngàn vôn như điện cao thế, đừng dại mà đến quá gần hoặc dùng vật cách điện để đụng vào.

Vậy tóm lại, electron tự do là electron ở lớp ngoài cùng của bất kỳ một nguyên tử nào có khả năng di chuyển tự do khi nguyên tử đó bị một ngoại lực tác động vào như điện áp, từ trường.