Valenzelektronen sind die Elektronen in der äußeren Hülle eines bestimmten Atoms, deren Anzahl bestimmt, wie Atome miteinander interagieren. Ein Atom hat eine geschlossene Schale, wenn es genügend Valenzelektronen hat, um es stabil zu machen; wenn es nicht genug gibt, spricht man von einer offenen Schale. Ein Atom mit einer offenen Hülle versucht ständig, Stabilität zu erreichen, und bildet eine der Grundlagen vieler chemischer Reaktionen.
Ein Atom ist reaktiv oder inert, je nachdem, wie viele Valenzelektronen es hat. Die reaktivsten Atome sind diejenigen, die ein oder zwei zu verlieren haben oder die ein oder zwei zu gewinnen haben, um die Stabilität zu erhalten. Aus diesem Grund sind die Edelgase, die in der Natur alle eine geschlossene äußere Hülle haben, chemisch inert. Im Allgemeinen werden acht Elektronen benötigt, damit ein Atom Stabilität erreicht. Zwei bemerkenswerte Ausnahmen sind Wasserstoff und Helium, die beide zwei benötigen, um eine geschlossene Hülle zu bilden.
Die Affinität für Atome, Stabilität durch den Gewinn oder Verlust von Valenzelektronen zu erreichen, bildet die Grundlage für zwei Arten chemischer Bindungen: die ionische Bindung und die kovalente Bindung. Ionenbindungen entstehen, wenn ein Atom einem anderen ein Elektron „stiehlt“. Kochsalz (NaCl) ist ein Beispiel dafür. Natrium (Na) muss ein Elektron abgeben. Chlor (Cl) hingegen benötigt eine, um vollständig zu sein.
Um Stabilität zu erreichen, nimmt Chlor von Natrium ein Elektron auf. Dadurch erreichen beide Elemente eine geschlossene Schale und Stabilität. Das Ergebnis ist, dass das Natriumatom zu einem positiven Ion und das Chloratom zu einem negativen Ion wird. Die entgegengesetzten Ladungen ziehen sich dann an. In einer Lösung leiten diese Moleküle auch Strom, da sich Ionen in der Lösung frei bewegen können.
Wasser ist ein Beispiel für Atome, die eine kovalente Bindung bilden. Wasserstoff hat ein Atom zu gewinnen oder zu verlieren und Sauerstoff braucht zwei, um Stabilität zu erreichen. Bei dieser Anwendung stiehlt der Sauerstoff den beiden Wasserstoffatomen jedoch nicht die Elektronen. Vielmehr teilen sich der Sauerstoff und die beiden Wasserstoffatome die Elektronen und bilden ein Wassermolekül. Atome können auch kovalente Bindungen verwenden, um Elektronen mit Atomen desselben Elements zu teilen, wie beispielsweise in einem Wasserstoffmolekül (H2).