Tutti gli atomi sono costituiti da un nucleo con carica positiva circondato da elettroni con carica negativa. Gli elettroni più esterni - gli elettroni di valenza - sono in grado di interagire con altri atomi e, a seconda di come questi gli elettroni interagiscono con altri atomi, si forma un legame ionico o covalente e gli atomi si fondono insieme per formare a molecola.
Gusci di elettroni
Ogni elemento è circondato da un certo numero di elettroni che popolano gli orbitali elettronici. Ciascun orbitale richiede due elettroni per essere stabile e gli orbitali sono organizzati in gusci, ciascuno dei quali ha un livello energetico superiore rispetto al precedente. Il guscio più basso contiene solo un orbitale elettronico, 1S, e, quindi, richiede solo due elettroni per essere stabile. Il secondo guscio (e tutti quelli che seguono) contiene quattro orbitali - 2S, 2Px, 2Py e 2Pz (un P per ogni asse: x, y, z) - e richiede otto elettroni per essere stabile.
Scendendo lungo le righe della Tavola Periodica degli Elementi, attorno a ciascun elemento esiste un nuovo guscio di 4 orbitali elettronici, con la stessa disposizione del secondo guscio. Ad esempio, l'idrogeno nella prima riga ha solo il primo guscio con un orbitale (1S) mentre il cloro nella terza riga ha la prima shell (1S orbitale), la seconda shell (2S, 2Px, 2Py, 2Pz orbitali) e una terza shell (3S, 3Px, 3Py, 3Px orbitali).
Nota: il numero davanti a ciascun orbitale S e P è un'indicazione del guscio in cui risiede quell'orbitale, non della quantità.
Elettroni di valenza
Gli elettroni nel guscio esterno di un dato elemento sono i suoi elettroni di valenza. Poiché tutti gli elementi vogliono avere un guscio esterno completo (otto elettroni), questi sono gli elettroni che esso è disposto a condividere con altri elementi per formare molecole o rinunciare completamente per diventare un ione. Quando gli elementi condividono gli elettroni, si forma un forte legame covalente. Quando un elemento cede un elettrone esterno, risulta in ioni di carica opposta che sono tenuti insieme da un legame ionico più debole.
Legami ionici
Tutti gli elementi iniziano con una carica bilanciata. Cioè, il numero di protoni con carica positiva è uguale al numero di elettroni con carica negativa, risultando in una carica neutra complessiva. Tuttavia, a volte un elemento con un solo elettrone in un guscio elettronico cede quell'elettrone a un altro elemento che ha bisogno di un solo elettrone per completare un guscio.
Quando ciò accade, l'elemento originale scende a un guscio completo e il secondo elettrone completa il suo guscio superiore; entrambi gli elementi sono ora stabili. Tuttavia, poiché il numero di elettroni e protoni in ciascun elemento non è più uguale, l'elemento che ricevuto l'elettrone ora ha una carica netta negativa e l'elemento che ha ceduto l'elettrone ha una netta positiva caricare. Le cariche opposte provocano un'attrazione elettrostatica che unisce gli ioni in una formazione cristallina. Questo è chiamato legame ionico.
Un esempio di ciò è quando un atomo di sodio cede il suo unico elettrone 3S per riempire l'ultimo guscio di un atomo di cloro, che ha bisogno solo di un altro elettrone per diventare stabile. Questo crea gli ioni Na- e Cl+, che si legano insieme per formare NaCl, o comune sale da tavola.
Legami covalenti
Invece di cedere o ricevere elettroni, due (o più) atomi possono anche condividere coppie di elettroni per riempire i loro gusci esterni. Questo forma un legame covalente e gli atomi sono fusi insieme in una molecola.
Un esempio di ciò è quando due atomi di ossigeno (sei elettroni di valenza) incontrano carbonio (quattro elettroni di valenza). Poiché ogni atomo vuole avere otto elettroni nel suo guscio esterno, l'atomo di carbonio condivide due dei suoi elettroni di valenza con ogni atomo di ossigeno, completando i propri gusci, mentre ogni atomo di ossigeno condivide due elettroni con l'atomo di carbonio per completare il suo conchiglia. La molecola risultante è l'anidride carbonica, o CO2.