Hvad er valenselektroner, og hvordan er de relateret til atoms bindingsadfærd?

Alle atomer består af en positivt ladet kerne omgivet af negativt ladede elektroner. De yderste elektroner - valenselektronerne - er i stand til at interagere med andre atomer, og afhængigt af hvordan disse elektroner interagerer med andre atomer, enten dannes en ionisk eller kovalent binding, og atomerne smelter sammen for at danne en molekyle.

Hvert element er omgivet af et bestemt antal elektroner, der befolker elektronorbitaler. Hver orbital kræver, at to elektroner er stabile, og orbitalerne er organiseret i skaller, hvor hver på hinanden følgende skal har et højere energiniveau end den forrige. Den laveste skal indeholder kun en elektronbane, 1S, og kræver derfor kun to elektroner for at være stabile. Den anden skal (og alle dem der følger) indeholder fire orbitaler - 2S, 2Px, 2Py og 2Pz (en P for hver akse: x, y, z) - og kræver otte elektroner for at være stabile.

Gå ned ad rækkerne i elementernes periodiske system, der findes en ny skal med 4 elektronorbitaler med samme opsætning som den anden skal, omkring hvert element. For eksempel har brint i første række kun den første skal med en orbital (1S), mens klor i tredje række har den første skal (1S orbital), den anden skal (2S, 2Px, 2Py, 2Pz orbitaler) og en tredje skal (3S, 3Px, 3Py, 3Px orbitaler).

Bemærk: Nummeret foran hver S- og P-orbital er en indikation af den skal, hvor orbitalen befinder sig, ikke af mængden.

Elektronerne i et hvilket som helst elements ydre skal er dets valenselektroner. Da alle elementer ønsker at have en fuld ydre skal (otte elektroner), er det de elektroner, som den har er villig til enten at dele med andre elementer for at danne molekyler eller helt opgive for at blive en ion. Når elementer deler elektroner, dannes en stærk kovalent binding. Når et element giver en ydre elektron væk, resulterer det i modsat ladede ioner, der holdes sammen af ​​en svagere ionbinding.

Alle elementer starter med en afbalanceret ladning. Antallet af positivt ladede protoner er lig med antallet af negativt ladede elektroner, hvilket resulterer i en samlet neutral ladning. Imidlertid vil nogle gange et element med kun en elektron i en elektronskal opgive den elektron til et andet element, der kun har brug for en elektron for at fuldføre en skal.

Når det sker, falder det originale element ned til en fuld skal, og den anden elektron fuldender sin øvre skal; begge elementer er nu stabile. Men fordi antallet af elektroner og protoner i hvert element ikke længere er ens, det element, der modtaget elektronen har nu en netto negativ ladning, og det element, der opgav elektronen, har en nettopositiv oplade. De modsatte ladninger forårsager en elektrostatisk tiltrækning, der trækker ionerne tæt sammen i en krystalformation. Dette kaldes en ionbinding.

Et eksempel på dette er, når et natriumatom opgiver sin eneste 3S-elektron for at fylde den sidste skal af et kloratom, som kun har brug for en mere elektron for at blive stabil. Dette skaber ionerne Na- og Cl +, som binder sammen til dannelse af NaCl eller almindeligt bordsalt.

I stedet for at give væk eller modtage elektroner kan to (eller flere) atomer også dele elektronpar for at udfylde deres ydre skal. Dette danner en kovalent binding, og atomerne smelter sammen til et molekyle.

Et eksempel på dette er, når to iltatomer (seks valenselektroner) støder på kulstof (fire valenselektroner). Fordi hvert atom ønsker at have otte elektroner i sin ydre skal, deler carbonatomet to af dets valenselektroner med hvert iltatom fuldender deres skaller, mens hvert iltatom deler to elektroner med kulstofatomet for at fuldføre dets skal. Det resulterende molekyle er kuldioxid eller CO2.