Het periodiek systeem is een catalogus van alle bekende elementen, en het is veilig om te zeggen dat dit universum niet zou bestaan als deze elementen niet zouden combineren. Elk element wordt gekenmerkt door een atoom met een bepaald aantal protonen en neutronen in de kern en een bepaald aantal elektronen eromheen. Wanneer atomen combineren, delen ze hun buitenste elektronen om meer duurzame energietoestanden te creëren. Dit delen bindt de atomen tot een ionische structuur of een molecuul.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Atomen kunnen combineren tot ionische roosterstructuren of tot covalente moleculen. Wanneer verschillende soorten atomen worden gecombineerd, wordt het resultaat een verbinding genoemd.
Hoe atomen combineren
De neiging van een atoom om te combineren hangt af van het aantal elektronen dat het in zijn buitenste schil heeft. Elke schil heeft acht ruimtes voor elektronen, behalve de eerste schil, die slechts twee ruimtes heeft. Als een paar van de ruimtes niet bezet zijn, probeert een atoom elektronen te verwerven of te delen om het te vullen om een stabiele buitenste schil met acht elektronen te krijgen. Aan de andere kant is het voor een atoom met slechts een paar extra elektronen gemakkelijker om ze kwijt te raken om stabiliteit te bereiken. De edelgassen, waaronder helium, argon en neon, hebben al stabiele buitenschillen gevuld met elektronen, dus deze elementen vormen geen combinaties met elkaar of met andere atomen.
Ionische verbinding: Een atoom met slechts één elektron in zijn buitenste schil probeert het elektron aan een ander atoom te doneren, terwijl iemand met een enkele ruimte het gemakkelijk zal accepteren. Het atoom dat dit elektron afstaat, wordt daardoor positief geladen en het atoom dat het opneemt negatief geladen. Elektrostatische aantrekking bindt vervolgens de atomen tot een roosterstructuur. Dit is geen molecuul, omdat de paren atomen niet onafhankelijk zijn, maar het is een verbinding, omdat het is gevormd uit twee verschillende elementen. Gewoon keukenzout, natriumchloride (NaCl), is het klassieke voorbeeld van een ionische verbinding.
Covalente binding: Een atoom met één, twee, drie of vier extra elektronen in zijn buitenste schil, of één die één, twee of drie elektronen mist, probeert elektronen te delen om stabiliteit te bereiken. Wanneer dit delen in paren gebeurt, wordt de binding een covalente binding genoemd en kan deze erg sterk zijn. Het watermolecuul, dat wordt gevormd wanneer een zuurstofmolecuul zijn buitenste schillen vult met elektronen van twee waterstofatomen, is een voorbeeld. Atomen kunnen één, twee of drie elektronenparen delen, en de verbindingen die ze vormen hebben meestal een lager smelt- en kookpunt dan ionische verbindingen.
Alle elementen behalve metalen vormen covalente bindingen. Een deel van wat een metaal maakt tot wat het is, is de neiging om de elektronen in zijn buitenste schil te verliezen en een ion te worden, wat een geladen deeltje is. Ionen geven er de voorkeur aan om samen te smelten tot vaste roosterstructuren. Covalente moleculen daarentegen vormen vaker vloeistoffen of gassen.
Wanneer is een molecuul een verbinding?
Atomen kunnen combineren om eenvoudige moleculen te vormen, zoals water, of ze kunnen combineren in grote reeksen om complexe moleculen te vormen, zoals sucrose (C12H22O11). Omdat koolstof vier elektronen in zijn buitenste schil heeft, doneert en accepteert het elektronen even goed, en het is de bouwsteen van alle organische moleculen waarvan het leven afhankelijk is. Alle anorganische en organische moleculen die uit meer dan één element bestaan, zijn verbindingen. Voorbeelden zijn waterstofchloride (HCl), methaan (CH4), kooldioxide (CO2) en sucrose.
Het is ook gebruikelijk dat atomen van hetzelfde element elektronen delen om stabiliteit te bereiken. De twee meest voorkomende gassen in de atmosfeer, stikstof (N2) en zuurstof (O2), zijn samengesteld uit moleculen gevormd uit een enkel element. Stikstof- en zuurstofmoleculen zijn geen verbindingen, omdat ze niet uit verschillende elementen zijn samengesteld. Zelfs ozon (O3), een minder stabiele en reactievere combinatie van zuurstofmoleculen, kwalificeert niet als een verbinding, omdat het uit slechts één enkel element bestaat.