Wie kommen Atome zu Molekülen zusammen?

Atome existieren um uns herum – in der Luft, auf der Erde und in Lebewesen. Natürlich vorkommende Elemente wie Sauerstoff, Gold und Natrium sind Atome unterschiedlicher Form und jedes mit einer einzigartigen Anzahl von Elektronen, Protonen und Neutronen. Die Protonen und Neutronen bilden den zentralen Kern des Atoms, während die Elektronen den Kern in definierten Orbitalen, sogenannten Energieniveaus, umkreisen. Nur sehr wenige Atome haben die Menge an Elektronen, die sie benötigen. Um ihre volle Elektronenmenge zu erhalten, verbinden sie sich mit anderen Atomen, um Moleküle zu bilden.

Elektronen gruppieren sich in ihren Energieniveaus paarweise. Um die Anzahl der Elektronen zu berechnen, die in einem beliebigen Energieniveau zulässig sind, finden Sie das Quadrat der Zahl, die das Energieniveau darstellt, und multiplizieren Sie es mit zwei. Mit dieser Formel können Atome zwei Elektronen in ihrem ersten Energieniveau haben, acht in der zweiten und achtzehn in ihrem dritten. Die Elektronenmenge auf jedem Niveau wächst mit der Zahl der Energieniveaus.

Elektronen bilden zuerst Paare auf dem niedrigsten Energieniveau und arbeiten sich nach außen vor. Ein Atom mit ungepaarten Elektronen im äußersten Energieniveau zieht andere Atome mit ungepaarten Elektronen an, um seine volle Elektronenmenge zu erhalten. Ungepaarte Elektronen im höchsten Energieniveau werden Valenzelektronen genannt; Wenn die Valenzelektronen von zwei oder mehr Atomen Paare bilden, gehen sie nicht von einem Atom verloren und von einem anderen wieder hinzu. Die Atome teilen ihre Valenzelektronen und verbinden sich zu einem Molekül.

Ein Sauerstoffatom hat zwei Elektronen auf dem ersten Energieniveau und sechs auf dem zweiten. Um stabil zu sein, braucht das Atom zwei weitere Elektronen in der zweiten Ebene. Es zieht natürlich andere Atome mit ungepaarten Elektronen an, wie zum Beispiel Wasserstoff, der nur ein Elektron hat. In einem vereinfachten Modell eines Wassermoleküls teilen zwei Wasserstoffatome ihre Valenzelektronen mit einem Sauerstoffatom. Die drei Atome verbinden sich zu einem stabilen Molekül. Jedes Wasserstoffatom hat zwei Elektronen und das Sauerstoffatom hat acht.

Das Periodensystem der Elemente listet alle bekannten Elemente und ihre atomaren Eigenschaften auf. Jedes Kästchen im Diagramm repräsentiert ein Element; die Ordnungszahl oben in jedem Kästchen gibt an, wie viele Elektronen das Element enthält.

Die ganz rechte Spalte des Periodensystems zeigt die als Edelgase bekannten Elemente, die keine Moleküle bilden weil alle ihre Elektronen gepaart sind und alle Energieniveaus voll sind - sie existieren von Natur aus in ihrer stabilsten Form bilden.