Alle atomer består av en positivt ladet kjerne omgitt av negativt ladede elektroner. De ytterste elektronene - valenselektronene - er i stand til å samhandle med andre atomer, og avhengig av hvordan disse elektroner samhandler med andre atomer, enten dannes en ionisk eller kovalent binding, og atomene smelter sammen for å danne en molekyl.
Elektronskjell
Hvert element er omgitt av et visst antall elektroner som befolker elektronorbitaler. Hver orbital krever to elektroner for å være stabile, og orbitalene er organisert i skall, med hvert påfølgende skall som har et høyere energinivå enn det forrige. Det laveste skallet inneholder bare en elektronbane, 1S, og krever derfor bare to elektroner for å være stabile. Det andre skallet (og alle de som følger) inneholder fire orbitaler - 2S, 2Px, 2Py og 2Pz (en P for hver akse: x, y, z) - og krever åtte elektroner for å være stabile.
Å gå nedover radene av elementets periodiske system, eksisterer et nytt skall med 4 elektronorbitaler, med samme oppsett som det andre skallet, rundt hvert element. For eksempel har hydrogen i første rad bare det første skallet med en bane (1S) mens klor i tredje rad har det første skallet (1S orbital), det andre skallet (2S, 2Px, 2Py, 2Pz orbitaler) og et tredje skall (3S, 3Px, 3Py, 3Px orbitaler).
Merk: Tallet foran hver S- og P-bane er en indikasjon på skallet som bane befinner seg i, ikke av mengde.
Valenselektroner
Elektronene i et gitt elements ytre skall er dets valenselektroner. Siden alle elementene vil ha et fullt ytre skall (åtte elektroner), er dette elektronene som det er villig til enten å dele med andre elementer for å danne molekyler eller å gi opp helt for å bli en ion. Når elementer deler elektroner, dannes en sterk kovalent binding. Når et element gir bort et ytre elektron, resulterer det i motsatt ladede ioner som holdes sammen av en svakere ionebinding.
Joniske obligasjoner
Alle elementene starter med en balansert ladning. Det vil si at antallet positivt ladede protoner er lik antallet negativt ladede elektroner, noe som resulterer i en total nøytral ladning. Imidlertid vil noen ganger et element med bare ett elektron i et elektronskall gi opp elektronet til et annet element som bare trenger ett elektron for å fullføre et skall.
Når det skjer, faller det opprinnelige elementet ned til et fullt skall, og det andre elektronet fullfører sitt øvre skall; begge elementene er nå stabile. Men fordi antall elektroner og protoner i hvert element ikke lenger er like, er det elementet som mottok elektronet har nå en netto negativ ladning og elementet som ga opp elektronet har en nettopositiv lade. De motsatte ladningene forårsaker en elektrostatisk tiltrekning som trekker ionene tett sammen til en krystallformasjon. Dette kalles en ionisk binding.
Et eksempel på dette er når et natriumatom gir opp sitt eneste 3S-elektron for å fylle det siste skallet av et kloratom, som bare trenger ett elektron til for å bli stabil. Dette skaper ionene Na- og Cl +, som binder seg sammen for å danne NaCl, eller vanlig bordsalt.
Kovalente bindinger
I stedet for å gi bort eller motta elektroner, kan to (eller flere) atomer også dele elektronpar for å fylle de ytre skallene. Dette danner en kovalent binding, og atomene smelter sammen til et molekyl.
Et eksempel på dette er når to oksygenatomer (seks valenselektroner) møter karbon (fire valenselektroner). Fordi hvert atom ønsker å ha åtte elektroner i det ytre skallet, deler karbonatomet to av dets valenselektroner med hvert oksygenatom fullfører skallene, mens hvert oksygenatom deler to elektroner med karbonatomet for å fullføre dets skall. Det resulterende molekylet er karbondioksid, eller CO2.