Alla atomer består av en positivt laddad kärna omgiven av negativt laddade elektroner. De yttersta elektronerna - valenselektronerna - kan interagera med andra atomer, och beroende på hur dessa elektroner interagerar med andra atomer, antingen bildas en jonisk eller kovalent bindning, och atomerna smälter samman för att bilda en molekyl.
Elektronskal
Varje element omges av ett visst antal elektroner som fyller elektronorbitaler. Varje orbital kräver två elektroner för att vara stabila, och orbitalerna är organiserade i skal, där varje på varandra följande skal har en högre energinivå än den tidigare. Det lägsta skalet innehåller bara en elektronbana, 1S, och kräver således endast två elektroner för att vara stabila. Det andra skalet (och alla de som följer) innehåller fyra orbitaler - 2S, 2Px, 2Py och 2Pz (en P för varje axel: x, y, z) - och kräver att åtta elektroner är stabila.
Att gå ner på raderna i elementens periodiska system, finns ett nytt skal med fyra elektronorbitaler, med samma inställning som det andra skalet, runt varje element. Till exempel har väte i första raden endast det första skalet med en orbital (1S) medan klor i tredje raden har det första skalet (1S orbital), det andra skalet (2S, 2Px, 2Py, 2Pz orbitaler) och ett tredje skal (3S, 3Px, 3Py, 3Px orbitaler).
Anmärkning: Siffran framför varje S- och P-omlopp är en indikation på skalet där omloppet finns, inte av kvantitet.
Valenselektroner
Elektronerna i ett givet elements yttre skal är dess valenselektroner. Eftersom alla element vill ha ett helt yttre skal (åtta elektroner) är det de elektroner som det är villig att antingen dela med andra element för att bilda molekyler eller helt ge upp för att bli en Jon. När element delar elektroner bildas en stark kovalent bindning. När ett element ger bort en yttre elektron, resulterar det i motsatt laddade joner som hålls samman av en svagare jonbindning.
Joniska obligationer
Alla element börjar med en balanserad laddning. Det vill säga antalet positivt laddade protoner är lika med antalet negativt laddade elektroner, vilket resulterar i en total neutral laddning. Ibland kommer emellertid ett element med endast en elektron i ett elektronskal att ge upp den elektronen till ett annat element som bara behöver en elektron för att slutföra ett skal.
När det händer faller det ursprungliga elementet ner till ett helt skal och den andra elektronen fullbordar sitt övre skal; båda elementen är nu stabila. Men eftersom antalet elektroner och protoner i varje element inte längre är lika, det element som fick elektronen har nu en nettoladdning och elementet som gav upp elektronen har en nettopositiv avgift. De motsatta laddningarna orsakar en elektrostatisk attraktion som drar jonerna tätt ihop till en kristallformation. Detta kallas en jonbindning.
Ett exempel på detta är när en natriumatom ger upp sin enda 3S-elektron för att fylla det sista skalet av en kloratom, som bara behöver ytterligare en elektron för att bli stabil. Detta skapar jonerna Na- och Cl +, som binder samman för att bilda NaCl, eller vanligt bordssalt.
Kovalenta obligationer
Istället för att ge bort eller ta emot elektroner kan två (eller flera) atomer också dela elektronpar för att fylla sina yttre skal. Detta bildar en kovalent bindning och atomerna smälts samman till en molekyl.
Ett exempel på detta är när två syreatomer (sex valenselektroner) stöter på kol (fyra valenselektroner). Eftersom varje atom vill ha åtta elektroner i sitt yttre skal delar kolatomen två av sina valenselektroner med varje syreatom, fullbordar sina skal, medan varje syreatom delar två elektroner med kolatomen för att slutföra dess skal. Den resulterande molekylen är koldioxid eller CO2.