L’une des forces motrices les plus fondamentales des réactions chimiques est les liaisons électroniques formées entre les atomes. Les électrons sont des particules chargées négativement qui orbitent autour du noyau d’un atome dans des coquilles. Chaque couche électronique d’un atome a un nombre défini d’électrons qu’elle retient lorsque cela est possible même si elle déséquilibre la charge nette de l’atome ; les électrons et les protons ont la même quantité de charge électrique individuellement. La quantité de charge d’un atome donné est exprimée en exposant à droite du nom de l’élément ; par exemple, Na1+. Le numéro et le signe en exposant sont connus sous le nom de numéro de charge.
La couche externe d’électrons d’un atome est appelée couche de valence et est à la base des réactions chimiques. Chaque couche a un nombre variable d’électrons : la couche la plus interne contient deux électrons, la suivante en contient huit et les suivantes en contiennent 18. Le nombre de charge provient de la tendance naturelle des atomes à avoir une couche de valence complète, qu’il s’agisse de gagner ou de perdre des électrons. Les éléments sont classés dans le tableau périodique en groupes en fonction du nombre d’électrons dans leurs couches de valence. Si deux éléments sont dans la même colonne, ou groupe, sur le tableau périodique, ils ont le même nombre d’électrons disponibles pour les réactions chimiques.
À l’exception de l’hydrogène, les éléments du côté gauche du tableau — les groupes I et II — sont les métaux alcalins et les métaux alcalino-terreux. Ils ont des couches de valence pratiquement vides, avec seulement un ou deux électrons respectivement. Les groupes III à VII sont des non-métaux. Le groupe III a trois électrons, le groupe IV en a 4 et ainsi de suite. Les gaz rares tels que le néon, le radon et le xénon ont des coquilles de valence complète et ne réagissent donc pas avec d’autres éléments.
Le nombre de charge détermine quel type de charge un atome individuel aura s’il gagne ou perd des électrons au cours d’une réaction chimique ionique. Par exemple, le sodium perd un électron lorsqu’il réagit avec le chlore ; le chlore gagne un électron. Leurs charges respectives sont 1+ et 1-. Dans leur état naturel, tous les éléments ont un nombre de charge nul car il n’y a ni gain ni perte d’électrons.
Les éléments de transition dans les colonnes 3 à 12 du tableau périodique peuvent se lier à différents éléments. Par conséquent, leurs numéros de charge varieront. Les éléments du groupe IV, tels que le carbone, ont un nombre de charges de 4+/4-. Ils ont tendance à former des liaisons covalentes avec d’autres atomes, dans lesquelles les électrons sont partagés plutôt que transférés.