הטבלה המחזורית היא קטלוג של כל האלמנטים הידועים, ובטוח לומר שהיקום הזה לא היה קיים אם אלמנטים אלה לא היו משולבים. כל יסוד מאופיין באטום עם מספר מסוים של פרוטונים ונויטרונים בגרעין שלו ומספר מסוים של אלקטרונים המקיפים אותם. כאשר אטומים משתלבים, הם חולקים את האלקטרונים החיצוניים ביותר שלהם כדי ליצור מצבי אנרגיה בר קיימא יותר. שיתוף זה קושר את האטומים למבנה יוני או למולקולה.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
אטומים יכולים להשתלב למבני סריג יוניים או למולקולות קוולנטיות. כאשר סוגים שונים של אטומים משתלבים, התוצאה נקראת תרכובת.
איך משלבים אטומים
הנטייה לאטום להשתלב תלויה במספר האלקטרונים שיש לו בקליפה החיצונית שלו. בכל קליפה יש שמונה רווחים לאלקטרונים למעט הקליפה הראשונה, שיש בה רק שני חללים. אם כמה מהחללים אינם תפוסים, אטום מבקש לרכוש או לחלוק אלקטרונים כדי למלא אותו כדי להשיג מעטפת חיצונית יציבה עם שמונה אלקטרונים. מצד שני, קל יותר לאטום עם כמה אלקטרונים נוספים להיפטר מהם כדי להשיג יציבות. בגזים האצילים, הכוללים הליום, ארגון וניאון, כבר יש קליפות חיצוניות יציבות מלאות באלקטרונים, ולכן אלמנטים אלה אינם יוצרים שילובים זה עם זה או עם אטומים אחרים.
סריג יוני: אטום עם מעט אלקטרון אחד במעטפתו החיצונית מבקש לתרום את האלקטרון לאטום אחר, בעוד אחד עם חלל יחיד יקבל אותו בקלות. האטום התורם אלקטרון זה הופך לטעון חיובי כתוצאה מכך, והאטום המקבל אותו הופך לטעון שלילית. משיכה אלקטרוסטטית מקשרת את האטומים למבנה סריג. זו אינה מולקולה, מכיוון שזוגות האטומים אינם עצמאיים, אך זו תרכובת מכיוון שהיא נוצרת משני אלמנטים שונים. מלח שולחן נפוץ, נתרן כלורי (NaCl), הוא הדוגמה הקלאסית לתרכובת יונית.
קשר קוולנטי: אטום עם מעטפת אלקטרונית נוספת, שתיים, שלוש או ארבע בקליפתה החיצונית, או אחד חסר אחד, שניים או שלושה אלקטרונים, מבקש לחלוק אלקטרונים כדי להשיג יציבות. כאשר שיתוף זה מתרחש בזוגות, הקשר נקרא קשר קוולנטי, והוא יכול להיות חזק מאוד. מולקולת המים, שנוצרת כאשר מולקולת חמצן ממלאת את קליפותיה החיצוניות באלקטרונים משני אטומי מימן, היא דוגמה. אטומים יכולים לחלוק זוג, שניים או שלושה זוגות אלקטרונים, ולתרכובות שהם יוצרים יש נקודות התכה ורתיחה נמוכות יותר מאשר תרכובות יוניות.
כל היסודות למעט מתכות יוצרים קשרים קוולנטיים. חלק ממה שהופך מתכת למה שהיא היא הנטייה שלה לאבד את האלקטרונים בקליפה החיצונית שלה ולהפוך ליון, שהוא חלקיק טעון. יונים מעדיפים להתאחד למבני סריג מוצקים. לעומת זאת מולקולות קוולנטיות יוצרות לעתים קרובות יותר נוזלים או גזים.
מתי מולקולה היא תרכובת?
אטומים יכולים להשתלב ליצירת מולקולות פשוטות, כגון מים, או שהם יכולים להתאחד בחוטים גדולים ליצירת מורכבות, כגון סוכרוז (C12ה22או11). מכיוון שלפחמן ארבעה אלקטרונים בקליפה החיצונית שלו, הוא תורם ומקבל אלקטרונים באותה מידה, וזה אבן הבניין של כל המולקולות האורגניות שהחיים תלויים בהן. כל המולקולות האורגניות והאורגניות המורכבות ביותר מאלמנט אחד הן תרכובות. דוגמאות לכך הן מימן כלורי (HCl), מתאן (CH4), פחמן דו חמצני (CO2) וסוכרוז.
מקובל גם כי אטומים מאותו יסוד חולקים אלקטרונים כדי להשיג יציבות. שני הגזים הנפוצים ביותר באטמוספירה, חנקן (N2) וחמצן (O2), מורכבים ממולקולות שנוצרו מיסוד יחיד. מולקולות חנקן וחמצן אינן תרכובות מכיוון שהן אינן מורכבות מאלמנטים שונים. אפילו אוזון (O3), שילוב פחות יציב ותגובתי יותר של מולקולות חמצן, אינו מצליח להעפיל כמתחם, מכיוון שהוא מורכב מרכיב יחיד בלבד.