Gli elettroni di valenza sono quegli elettroni nel guscio esterno di un dato atomo, il cui numero determina come gli atomi interagiscono tra loro. Si dice che un atomo ha un guscio chiuso quando ha abbastanza elettroni di valenza per renderlo stabile; quando non ce ne sono abbastanza, si dice che abbia un guscio aperto. Un atomo con un guscio aperto cerca costantemente di raggiungere la stabilità, formando una delle basi di molte reazioni chimiche.
Un atomo è reattivo o inerte a seconda di quanti elettroni di valenza possiede. Gli atomi più reattivi sono quelli che ne hanno uno o due da perdere o quelli che ne hanno uno o due da guadagnare per mantenere la stabilità. Per questo motivo i gas nobili, che in natura hanno tutti un guscio esterno chiuso, sono chimicamente inerti. In generale, sono necessari otto elettroni affinché un atomo raggiunga la stabilità. Due eccezioni degne di nota sono l’idrogeno e l’elio, entrambi i quali hanno bisogno di due per creare un guscio chiuso.
L’affinità per gli atomi di raggiungere la stabilità acquistando o perdendo elettroni di valenza fornisce una base per due tipi di legami chimici: il legame ionico e il legame covalente. I legami ionici si formano quando un atomo “ruba” un elettrone a un altro. Il sale da cucina (NaCl) ne è un esempio. Il sodio (Na) ha un elettrone da cedere. Il cloro (Cl), invece, ne necessita uno per essere completo.
Per raggiungere la stabilità, il cloro prenderà un elettrone dal sodio. Ciò consente a entrambi gli elementi di ottenere un guscio chiuso e stabilità. Il risultato è che l’atomo di sodio diventa uno ione positivo e l’atomo di cloro diventa uno ione negativo. Le cariche opposte si attrarranno a vicenda. Quando si trovano in una soluzione, queste molecole conducono anche elettricità, poiché gli ioni sono liberi di muoversi nella soluzione.
L’acqua è un esempio di atomi che formano un legame covalente. L’idrogeno ha un atomo da guadagnare o perdere e l’ossigeno ne ha bisogno due per raggiungere la stabilità. In questa applicazione, tuttavia, l’ossigeno non ruba gli elettroni ai due atomi di idrogeno. Piuttosto, l’ossigeno e i due atomi di idrogeno condividono gli elettroni, formando una molecola d’acqua. Gli atomi possono anche utilizzare legami covalenti per condividere elettroni con atomi dello stesso elemento, come in una molecola di idrogeno (H2).