Tutti gli atomi sono costituiti da un nucleo caricato positivamente circondato da elettroni caricati negativamente. Gli elettroni più esterni - gli elettroni di valenza - sono in grado di interagire con altri atomi e, a seconda di come questi elettroni interagiscono con altri atomi, si forma un legame ionico o covalente e gli atomi si fondono insieme per formare una molecola.
Gusci di elettroni
Ogni elemento è circondato da un certo numero di elettroni che popolano gli orbitali elettronici. Ogni orbitale richiede che due elettroni siano stabili e gli orbitali siano organizzati in gusci, con ciascun guscio successivo che ha un livello di energia più alto del precedente. Il guscio più basso contiene un solo orbitale di elettroni, 1S, e, quindi, richiede che solo due elettroni siano stabili. La seconda shell (e tutte quelle che seguono) contiene quattro orbitali - 2S, 2Px, 2Py e 2Pz (una P per ciascun asse: x, y, z) - e richiede otto elettroni per essere stabile.
Scendendo lungo le righe della Tavola periodica degli elementi, attorno ad ogni elemento esiste una nuova shell di 4 orbitali elettronici, con la stessa impostazione della seconda shell. Ad esempio, Hydrogen nella prima fila ha solo il primo guscio con un orbitale (1S) mentre il cloro nella terza fila ha il primo guscio (1S orbitale), il secondo guscio (2S, 2Px, 2Py, 2Pz orbitali) e un terzo shell (3S, 3Px, 3Py, 3Px orbitals).
Nota: il numero davanti a ciascun orbitale S e P è un'indicazione del guscio in cui risiede quell'orbitale, non della quantità.
Elettroni di Valenza
Gli elettroni presenti nel guscio esterno di ogni dato elemento sono i suoi elettroni di valenza. Poiché tutti gli elementi vogliono avere un guscio esterno completo (otto elettroni), questi sono gli elettroni che è disposto a condividere con altri elementi per formare molecole o a rinunciare interamente a diventare uno ione. Quando gli elementi condividono gli elettroni, si forma un forte legame covalente. Quando un elemento dà via un elettrone esterno, risulta in ioni caricati opposti che sono tenuti insieme da un legame ionico più debole.
Ionic Bonds
Tutti gli elementi iniziano con una carica equilibrata. Cioè, il numero di protoni caricati positivamente è uguale al numero di elettroni caricati negativamente, risultando in una carica neutra complessiva. Tuttavia, a volte un elemento con un solo elettrone in un guscio di elettroni cederà quell'elettrone a un altro elemento che ha bisogno di un solo elettrone per completare una shell.
Quando ciò accade, l'elemento originale scende in un guscio completo e il secondo elettrone completa il suo guscio superiore; entrambi gli elementi sono ora stabili. Tuttavia, poiché il numero di elettroni e protoni in ciascun elemento non è più uguale, l'elemento che ha ricevuto l'elettrone ora ha una carica netta negativa e l'elemento che ha dato l'elettrone ha una carica positiva netta. Le cariche opposte provocano un'attrazione elettrostatica che attira strettamente gli ioni in una formazione di cristalli. Questo è chiamato legame ionico.
Un esempio di questo è quando un atomo di sodio cede il suo unico elettrone 3S per riempire l'ultimo guscio di un atomo di cloro, che ha bisogno solo di un altro elettrone per diventare stabile. Questo crea gli ioni Na- e Cl +, che si uniscono per formare NaCl, o sale da tavola comune.
Obbligazioni covalenti
Invece di dare o ricevere elettroni, due (o più) atomi possono condividono anche coppie di elettroni per riempire i loro gusci esterni. Questo forma un legame covalente e gli atomi sono fusi insieme in una molecola.
Un esempio di questo è quando due atomi di ossigeno (sei elettroni di valenza) incontrano carbonio (quattro elettroni di valenza). Poiché ogni atomo vuole avere otto elettroni nel suo guscio esterno, l'atomo di carbonio condivide due dei suoi elettroni di valenza con ciascun atomo di ossigeno, completando i loro gusci, mentre ciascun atomo di ossigeno condivide due elettroni con l'atomo di carbonio per completare il suo guscio. La molecola risultante è diossido di carbonio o CO2.
