Ionenbindungen sind eine Art elektrostatischer Bindung zwischen zwei Atomen, die schwächer ist als kovalente Bindungen, aber normalerweise stärker als Wasserstoffbrücken oder die Van-der-Waals-Kraft, die Wasser an sich hält. Sie entstehen durch gegenseitige Anziehung von Ionen. Typische Teilnehmer an einer Ionenbindung sind ein Metall und ein Nichtmetall wie Natrium und Chlor. Natrium und Chlor verbinden sich zu einem typischen ionisch gebundenen Molekül, Natriumchlorid oder Kochsalz.
Ionenbindungen können mit der Theorie der Elektronenorbitale erklärt werden. Jedes Atom hat eine Anzahl von Elektronenorbitalen gleich oder größer als eins. Jedes Orbital hat eine maximale Elektronengrenze, nach der ein neues Orbital erstellt wird. Die Anzahl der Orbitale in den uns bekannten Elementen reicht von eins für Wasserstoff oder Helium bis zu sechs, sieben oder acht für die größeren Moleküle mit Ordnungszahlen größer als Uran.
Elektronenorbitale „wollen“ die maximale Anzahl an Elektronen haben. Dann haben sie ihren niedrigsten oder stabilsten Energiezustand. Wenn ein Atom, dem nur ein einziges Elektron in seinem oberen Orbital fehlt, mit einem Atom in Kontakt kommt, das nur ein Elektron in seinem oberen Orbital hat, „stiehlt“ das „wollte“ Atom dem anderen Atom ein Elektron und stabilisiert so dessen Orbital. Die Folge ist, dass es nun ein Elektron mehr als Protonen hat und damit negativ geladen ist. Das „Opfer“ des gestohlenen Elektrons wird entsprechend positiv geladen. In der elektromagnetischen Theorie ziehen sich Gegensätze an, so dass die Atome gezwungen sind, umeinander zu hängen, bis sie beispielsweise durch Hitze aufgebrochen werden. Das sind Ionenbindungen.
Da sich die Elektronenorbitale in ionischen Bindungen leicht überlappen, werden sie als schwach kovalent oder durch gemeinsame Elektronen gebunden betrachtet. Die stärksten Bindungen sind hoch kovalent, wobei sich die Elektronenschalen tief überlappen. Diamant ist ein Beispiel. Der atomare Unterschied zwischen ionischen Bindungen und kovalenten Bindungen macht den Schmelzpunkt von Diamant so viel höher als den von Steinsalz. Manchmal ist die Elektronendifferenz zwischen den Ionen in Ionenbindungen größer als eins. Je größer der elektrische Polaritätsunterschied, desto stärker ist die Bindung.
Das Eintauchen in Wasser schlägt normalerweise ein ionisch gebundenes Material so weit herum, dass es sich auflöst. Die molekulare Natur von ionisch gebundenen Materialien macht sie auch dazu anfällig, sich zu Kristallen anzuordnen. Sie sind schreckliche Stromleiter, es sei denn, sie sind geschmolzen oder in einer Lösung suspendiert.