Wszystkie atomy składają się z dodatnio naładowanego jądra otoczonego ujemnie naładowanymi elektronami. Najbardziej zewnętrzne elektrony – elektrony walencyjne – są w stanie oddziaływać z innymi atomami i, w zależności od tego, jak te elektrony oddziałują z innymi atomami, powstaje wiązanie jonowe lub kowalencyjne, a atomy łączą się, tworząc cząsteczka.
Pociski elektronowe
Każdy pierwiastek jest otoczony pewną liczbą elektronów, które wypełniają orbitale elektronowe. Każdy orbitale wymaga dwóch elektronów, aby były stabilne, a orbitale są zorganizowane w powłoki, przy czym każda kolejna powłoka ma wyższy poziom energii niż poprzednia. Najniższa powłoka zawiera tylko jeden orbital elektronowy, 1S, a zatem wymaga tylko dwóch elektronów, aby były stabilne. Druga powłoka (i wszystkie następne) zawiera cztery orbitale — 2S, 2Px, 2Py i 2Pz (po jednym P dla każdej osi: x, y, z) — i wymaga ośmiu elektronów, aby były stabilne.
Schodząc w dół rzędów układu okresowego pierwiastków, wokół każdego pierwiastka istnieje nowa powłoka 4 orbitali elektronowych, o takiej samej konfiguracji jak druga powłoka. Na przykład wodór w pierwszym rzędzie ma tylko pierwszą powłokę z jednym orbitalem (1S), podczas gdy chlor w trzecim rzędzie ma pierwsza powłoka (orbitale 1S), druga powłoka (2S, 2Px, 2Py, 2Pz orbitale) i trzecia powłoka (3S, 3Px, 3Py, 3Px orbitale).
Uwaga: liczba przed każdym orbitalem S i P jest wskazaniem powłoki, w której znajduje się ten orbital, a nie ilości.
Elektrony walencyjne
Elektrony w zewnętrznej powłoce dowolnego elementu są jego elektronami walencyjnymi. Ponieważ wszystkie elementy chcą mieć pełną powłokę zewnętrzną (osiem elektronów), są to elektrony, które jest skłonny albo dzielić się z innymi pierwiastkami, aby utworzyć molekuły, albo całkowicie się poddać, aby stać się jon. Kiedy pierwiastki dzielą elektrony, powstaje silne wiązanie kowalencyjne. Kiedy pierwiastek oddaje zewnętrzny elektron, skutkuje to przeciwnie naładowanymi jonami, które są utrzymywane razem przez słabsze wiązanie jonowe.
Wiązania jonowe
Wszystkie elementy zaczynają się zrównoważonym ładunkiem. Oznacza to, że liczba dodatnio naładowanych protonów jest równa liczbie ujemnie naładowanych elektronów, co daje całkowity ładunek neutralny. Jednak czasami element z tylko jednym elektronem w powłoce elektronowej odda ten elektron innemu pierwiastkowi, który potrzebuje tylko jednego elektronu do ukończenia powłoki.
Kiedy tak się dzieje, pierwotny pierwiastek opada do pełnej powłoki, a drugi elektron uzupełnia swoją górną powłokę; oba elementy są teraz stabilne. Jednak ponieważ liczba elektronów i protonów w każdym elemencie nie jest już równa, element, który otrzymany elektron ma teraz ujemny ładunek netto, a element, który oddał elektron, ma netto dodatni net opłata. Przeciwstawne ładunki powodują przyciąganie elektrostatyczne, które ściąga jony razem, tworząc kryształy. Nazywa się to wiązaniem jonowym.
Przykładem tego jest sytuacja, gdy atom sodu oddaje swój jedyny elektron 3S, aby wypełnić ostatnią powłokę atomu chloru, który potrzebuje tylko jednego elektronu więcej, aby stać się stabilnym. W ten sposób powstają jony Na- i Cl+, które wiążą się ze sobą, tworząc NaCl, czyli zwykłą sól kuchenną.
Wiązania kowalencyjne
Zamiast oddawać lub odbierać elektrony, dwa (lub więcej) atomy mogą również dzielić pary elektronów, aby wypełnić swoje zewnętrzne powłoki. Tworzy to wiązanie kowalencyjne, a atomy są połączone w cząsteczkę.
Przykładem tego jest sytuacja, gdy dwa atomy tlenu (sześć elektronów walencyjnych) napotykają węgiel (cztery elektrony walencyjne). Ponieważ każdy atom chce mieć osiem elektronów w swojej zewnętrznej powłoce, atom węgla dzieli dwa ze swoich elektronów walencyjnych z każdy atom tlenu, uzupełniając swoje powłoki, podczas gdy każdy atom tlenu dzieli dwa elektrony z atomem węgla, aby uzupełnić jego muszla. Powstała cząsteczka to dwutlenek węgla, czyli CO2.