Всички атоми са изградени от положително заредено ядро, заобиколено от отрицателно заредени електрони. Най-външните електрони - валентните електрони - могат да взаимодействат с други атоми и в зависимост от това как те електроните взаимодействат с други атоми, образува се или йонна, или ковалентна връзка и атомите се сливат, за да образуват молекула.
Електронни черупки
Всеки елемент е заобиколен от определен брой електрони, които населяват електронните орбитали. Всяка орбитала изисква два електрона да бъдат стабилни и орбиталите са организирани в черупки, като всяка следваща обвивка е с по-високо енергийно ниво от предишната. Най-ниската обвивка съдържа само една електронна орбитала, 1S, и по този начин изисква само два електрона да бъдат стабилни. Втората обвивка (и всички следващи) съдържа четири орбитали - 2S, 2Px, 2Py и 2Pz (по едно P за всяка ос: x, y, z) - и изисква осем електрона да бъдат стабилни.
Спускайки се по редовете на Периодичната таблица на елементите, около всеки елемент съществува нова обвивка от 4 електронни орбитали, със същата настройка като втората обвивка. Например, водородът в първия ред има само първата обвивка с една орбитала (1S), докато хлорът в третия ред има първата обвивка (1S орбитална), втората обвивка (2S, 2Px, 2Py, 2Pz орбитали) и трета обвивка (3S, 3Px, 3Py, 3Px орбитали).
Забележка: Числото пред всяка S и P орбитала е индикация за обвивката, в която се намира тази орбитала, а не за количество.
Валентни електрони
Електроните във външната обвивка на даден елемент са неговите валентни електрони. Тъй като всички елементи искат да имат пълна външна обвивка (осем електрона), това са електроните е готов или да споделя с други елементи, за да образува молекули, или да се откаже изцяло, за да стане йон. Когато елементите споделят електрони, се образува силна ковалентна връзка. Когато елемент отдаде външен електрон, той води до противоположно заредени йони, които се държат заедно чрез по-слаба йонна връзка.
Йонни връзки
Всички елементи започват с балансиран заряд. Тоест, броят на положително заредените протони е равен на броя на отрицателно заредените електрони, което води до цялостен неутрален заряд. Понякога обаче елемент с само един електрон в електронна обвивка ще предаде този електрон на друг елемент, който се нуждае само от един електрон, за да завърши обвивката.
Когато това се случи, оригиналният елемент пада до пълна обвивка, а вторият електрон завършва горната си обвивка; и двата елемента вече са стабилни. Тъй като обаче броят на електроните и протоните във всеки елемент вече не са равни, елементът, който получил електрона, сега има нетен отрицателен заряд, а елементът, който се е отказал от електрона, има нетен положителен зареждане. Противоположните заряди предизвикват електростатично привличане, което дърпа йоните плътно в кристална формация. Това се нарича йонна връзка.
Пример за това е, когато натриевият атом се отказва от единствения си 3S електрон, за да запълни последната обвивка на хлорния атом, който се нуждае само от още един електрон, за да стане стабилен. Това създава йоните Na- и Cl +, които се свързват заедно, за да образуват NaCl, или обикновена готварска сол.
Ковалентни връзки
Вместо да отдават или получават електрони, два (или повече) атома могат също да споделят електронни двойки, за да запълнят външните си черупки. Това образува ковалентна връзка и атомите се сливат заедно в молекула.
Пример за това е, когато два кислородни атома (шест валентни електрона) срещат въглерод (четири валентни електрона). Тъй като всеки атом иска да има осем електрона във външната си обвивка, въглеродният атом споделя два от валентните си електрони всеки кислороден атом, завършвайки черупките си, докато всеки кислороден атом споделя два електрона с въглеродния атом, за да завърши своя черупка. Получената молекула е въглероден диоксид или CO2.