Semua atom terdiri dari inti bermuatan positif yang dikelilingi oleh elektron bermuatan negatif. Elektron terluar -- elektron valensi -- dapat berinteraksi dengan atom lain, dan, bergantung pada caranya elektron berinteraksi dengan atom lain, baik ikatan ionik atau kovalen terbentuk, dan atom bergabung bersama untuk membentuk molekul.
kulit elektron
Setiap unsur dikelilingi oleh sejumlah elektron yang mengisi orbital elektron. Setiap orbital membutuhkan dua elektron agar stabil, dan orbital disusun menjadi kulit-kulit, dengan setiap kulit yang berurutan memiliki tingkat energi yang lebih tinggi dari yang sebelumnya. Kulit terendah hanya berisi satu orbital elektron, 1S, dan, dengan demikian, hanya membutuhkan dua elektron agar stabil. Kulit kedua (dan semua yang mengikutinya) berisi empat orbital -- 2S, 2Px, 2Py dan 2Pz (satu P untuk setiap sumbu: x, y, z) -- dan membutuhkan delapan elektron agar stabil.
Turun ke baris Tabel Periodik Unsur, kulit baru dengan 4 orbital elektron, dengan pengaturan yang sama dengan kulit kedua, ada di sekitar setiap elemen. Misalnya, Hidrogen di baris pertama hanya memiliki kulit pertama dengan satu orbital (1S) sedangkan Klorin di baris ketiga memiliki kulit pertama (orbital 1S), kulit kedua (orbital 2S, 2Px, 2Py, 2Pz) dan kulit ketiga (3S, 3Px, 3Py, 3Px orbital).
Catatan: Angka di depan setiap orbital S dan P adalah indikasi kulit tempat orbital itu berada, bukan kuantitas.
Elektron Valensi
Elektron di kulit terluar suatu unsur adalah elektron valensinya. Karena semua elemen ingin memiliki kulit terluar yang penuh (delapan elektron), inilah elektron yang dimilikinya bersedia untuk berbagi dengan elemen lain untuk membentuk molekul atau menyerah sepenuhnya untuk menjadi ion. Ketika unsur-unsur berbagi elektron, ikatan kovalen yang kuat terbentuk. Ketika suatu unsur melepaskan elektron terluar, itu menghasilkan ion bermuatan berlawanan yang disatukan oleh ikatan ion yang lebih lemah.
Ikatan Ionik
Semua elemen dimulai dengan muatan yang seimbang. Artinya, jumlah proton bermuatan positif sama dengan jumlah elektron bermuatan negatif, menghasilkan muatan netral keseluruhan. Namun, kadang-kadang unsur dengan hanya satu elektron di kulit elektron akan menyerahkan elektron itu ke unsur lain yang hanya membutuhkan satu elektron untuk melengkapi kulitnya.
Ketika itu terjadi, elemen asli turun ke kulit penuh dan elektron kedua melengkapi kulit atasnya; kedua elemen sekarang stabil. Akan tetapi, karena jumlah elektron dan proton pada setiap unsur tidak lagi sama, maka unsur yang menerima elektron sekarang memiliki muatan negatif bersih dan elemen yang melepaskan elektron memiliki muatan positif bersih biaya. Muatan yang berlawanan menyebabkan daya tarik elektrostatik yang menarik ion bersama-sama erat menjadi formasi kristal. Ini disebut ikatan ion.
Contohnya adalah ketika atom natrium melepaskan satu-satunya elektron 3S untuk mengisi kulit terakhir atom klor, yang hanya membutuhkan satu elektron lagi untuk menjadi stabil. Ini menciptakan ion Na- dan Cl+, yang terikat bersama untuk membentuk NaCl, atau garam meja biasa.
Ikatan kovalen
Alih-alih memberikan atau menerima elektron, dua (atau lebih) atom juga dapat berbagi pasangan elektron untuk mengisi kulit terluarnya. Ini membentuk ikatan kovalen, dan atom-atom bergabung menjadi molekul.
Contohnya adalah ketika dua atom oksigen (enam elektron valensi) bertemu dengan karbon (empat elektron valensi). Karena setiap atom ingin memiliki delapan elektron di kulit terluarnya, atom karbon berbagi dua elektron valensinya dengan setiap atom oksigen, melengkapi cangkangnya, sementara setiap atom oksigen berbagi dua elektron dengan atom karbon untuk melengkapi kulit. Molekul yang dihasilkan adalah karbon dioksida, atau CO2.