Все атомы состоят из положительно заряженного ядра, окруженного отрицательно заряженными электронами. Внешние электроны - валентные электроны - могут взаимодействовать с другими атомами, и, в зависимости от того, как они электроны взаимодействуют с другими атомами, образуется ионная или ковалентная связь, и атомы сливаются вместе, образуя молекула.
Электронные оболочки
Каждый элемент окружен определенным количеством электронов, заполняющих электронные орбитали. Для каждой орбитали требуется, чтобы два электрона были стабильными, и орбитали организованы в оболочки, причем каждая последующая оболочка имеет более высокий уровень энергии, чем предыдущая. Самая нижняя оболочка содержит только одну электронную орбиталь, 1S, и, таким образом, для стабильности требуется только два электрона. Вторая оболочка (и все последующие) содержит четыре орбитали - 2S, 2Px, 2Py и 2Pz (по одной P для каждой оси: x, y, z) - и требует, чтобы восемь электронов были стабильными.
Спускаясь вниз по строкам Периодической таблицы элементов, вокруг каждого элемента существует новая оболочка из 4 электронных орбиталей с той же настройкой, что и вторая оболочка. Например, у водорода в первой строке есть только первая оболочка с одной орбиталью (1S), а у хлора в третьей строке есть первая оболочка (1S орбиталь), вторая оболочка (2S, 2Px, 2Py, 2Pz орбитали) и третья оболочка (3S, 3Px, 3Py, 3Px орбитали).
Примечание: число перед каждой S- и P-орбиталью указывает на оболочку, в которой находится эта орбиталь, а не на количество.
Валентные электроны
Электроны на внешней оболочке любого данного элемента являются его валентными электронами. Поскольку все элементы хотят иметь полную внешнюю оболочку (восемь электронов), это те электроны, которые они готов либо поделиться с другими элементами, чтобы сформировать молекулы, либо полностью отказаться, чтобы стать ион. Когда элементы разделяют электроны, образуется прочная ковалентная связь. Когда элемент отдает внешний электрон, это приводит к образованию противоположно заряженных ионов, которые удерживаются вместе более слабой ионной связью.
Ионные связи
Все элементы начинаются со сбалансированного заряда. То есть количество положительно заряженных протонов равно количеству отрицательно заряженных электронов, что приводит к общему нейтральному заряду. Однако иногда элемент с одним электроном в электронной оболочке отдаст этот электрон другому элементу, которому нужен только один электрон для завершения оболочки.
Когда это происходит, исходный элемент опускается до полной оболочки, а второй электрон завершает свою верхнюю оболочку; оба элемента теперь стабильны. Однако, поскольку количество электронов и протонов в каждом элементе больше не равно, элемент, который полученный электрон теперь имеет чистый отрицательный заряд, а элемент, отдавший электрон, имеет чистый положительный заряд. заряжать. Противоположные заряды вызывают электростатическое притяжение, которое плотно стягивает ионы в кристаллическое образование. Это называется ионной связью.
Примером этого является то, когда атом натрия отдает свой единственный электрон 3S, чтобы заполнить последнюю оболочку атома хлора, которому требуется только еще один электрон, чтобы стать стабильным. Это создает ионы Na- и Cl +, которые связываются вместе, образуя NaCl или обычную поваренную соль.
Ковалентные связи
Вместо того, чтобы отдавать или получать электроны, два (или более) атома могут также делить электронные пары, чтобы заполнить свои внешние оболочки. Это образует ковалентную связь, и атомы сливаются в молекулу.
Примером этого является случай, когда два атома кислорода (шесть валентных электронов) сталкиваются с углеродом (четыре валентных электрона). Поскольку каждый атом хочет иметь восемь электронов на своей внешней оболочке, атом углерода делит два своих валентных электрона с каждый атом кислорода, завершая свои оболочки, в то время как каждый атом кислорода делит два электрона с атомом углерода, чтобы завершить свое оболочка. Образовавшаяся молекула - углекислый газ или СО2.