Alle atomen zijn opgebouwd uit een positief geladen kern omgeven door negatief geladen elektronen. De buitenste elektronen - de valentie-elektronen - kunnen interageren met andere atomen, en afhankelijk van hoe die elektronen interageren met andere atomen, er wordt een ionische of covalente binding gevormd en de atomen smelten samen om een molecuul.
Elektronenschelpen
Elk element is omgeven door een bepaald aantal elektronen die elektronenorbitalen bevolken. Elke orbitalen vereist twee elektronen om stabiel te zijn, en de orbitalen zijn georganiseerd in schillen, waarbij elke volgende schil een hoger energieniveau heeft dan de vorige. De onderste schil bevat slechts één elektronenorbitaal, 1S, en heeft dus slechts twee elektronen nodig om stabiel te zijn. De tweede schil (en alle andere die volgen) bevat vier orbitalen - 2S, 2Px, 2Py en 2Pz (één P voor elke as: x, y, z) - en vereist acht elektronen om stabiel te zijn.
Als we de rijen van het Periodiek Systeem der Elementen afdalen, bestaat er een nieuwe schil van 4 elektronenorbitalen, met dezelfde opstelling als de tweede schil, rond elk element. Waterstof in de eerste rij heeft bijvoorbeeld alleen de eerste schaal met één orbitaal (1S) terwijl Chloor in de derde rij heeft de eerste schaal (1S orbitaal), de tweede schaal (2S, 2Px, 2Py, 2Pz orbitalen) en een derde schaal (3S, 3Px, 3Py, 3Px orbitalen).
Opmerking: het nummer voor elke S- en P-orbitaal is een indicatie van de schaal waarin die orbitaal zich bevindt, niet van de hoeveelheid.
Valentie-elektronen
De elektronen in de buitenste schil van een bepaald element zijn de valentie-elektronen. Omdat alle elementen een volledige buitenste schil willen hebben (acht elektronen), zijn dit de elektronen die het is bereid om ofwel te delen met andere elementen om moleculen te vormen of om het helemaal op te geven om een ion. Wanneer elementen elektronen delen, wordt een sterke covalente binding gevormd. Wanneer een element een buitenste elektron weggeeft, resulteert dit in tegengesteld geladen ionen die bij elkaar worden gehouden door een zwakkere ionische binding.
Ionische bindingen
Alle elementen beginnen met een evenwichtige lading. Dat wil zeggen, het aantal positief geladen protonen is gelijk aan het aantal negatief geladen elektronen, wat resulteert in een algehele neutrale lading. Soms zal een element met slechts één elektron in een elektronenschil dat elektron afstaan aan een ander element dat slechts één elektron nodig heeft om een schil te voltooien.
Wanneer dat gebeurt, valt het oorspronkelijke element naar beneden tot een volledige schil en voltooit het tweede elektron zijn bovenste schil; beide elementen zijn nu stabiel. Omdat het aantal elektronen en protonen in elk element niet langer gelijk is, is het element dat ontvangen heeft het elektron nu een netto negatieve lading en het element dat het elektron opgaf heeft een netto positief in rekening brengen. De tegengestelde ladingen veroorzaken een elektrostatische aantrekkingskracht die de ionen strak samentrekt tot een kristalformatie. Dit wordt een ionbinding genoemd.
Een voorbeeld hiervan is wanneer een natriumatoom zijn enige 3S-elektron opgeeft om de laatste schil van een chlooratoom te vullen, dat nog maar één elektron meer nodig heeft om stabiel te worden. Hierdoor ontstaan de ionen Na- en Cl+, die zich aan elkaar binden om NaCl of gewoon keukenzout te vormen.
Covalente obligaties
In plaats van elektronen weg te geven of te ontvangen, kunnen twee (of meer) atomen ook elektronenparen delen om hun buitenste schillen te vullen. Dit vormt een covalente binding en de atomen worden samengesmolten tot een molecuul.
Een voorbeeld hiervan is wanneer twee zuurstofatomen (zes valentie-elektronen) koolstof tegenkomen (vier valentie-elektronen). Omdat elk atoom acht elektronen in zijn buitenste schil wil hebben, deelt het koolstofatoom twee van zijn valentie-elektronen met elk zuurstofatoom voltooit hun schillen, terwijl elk zuurstofatoom twee elektronen deelt met het koolstofatoom om zijn. te voltooien schelp. Het resulterende molecuul is koolstofdioxide of CO2.