miután megértettük az atomok összeállításának módját, meg lehet oldani azt a kérdést, hogy hogyan kölcsönhatásba lépnek egymással—különösen, hogyan alkotnak kötéseket molekulák és makroszkopikus anyagok létrehozásához. Három alapvető módon, hogy a külső elektronok az atomok alkotják kötvények:

Olvasson Többet erről a Témáról

kémiai kötés: Atomszerkezet és kötés

a kötés kialakulásának megértéséhez ismerni kell az atomok elektronikus szerkezetének általános jellemzőit—azaz az elrendezést…

1. az elektronok átvihetők az egyik atomról a másikra.
2. az elektronok megoszthatók a szomszédos atomok között.
3. az elektronok megoszthatók az anyag összes atomjával.

az első út ionos kötést eredményez. Tekintsünk példaként egy nátrium-atomot, amelynek egy elektronja van a legkülső pályáján, közel egy klór atomhoz, amelynek hét van. Mivel ezeknek az atomoknak a legkülső héjának kitöltéséhez nyolc elektronra van szükség, a klóratom úgy tekinthető, hogy hiányzik egy elektron. A nátrium-atom egyetlen vegyértékű elektronját adományozza, hogy kitöltse a klór héjában lévő lyukat, alacsonyabb teljes energiaszinten nátrium-klorid-rendszert képezve.

egy olyan atomot, amelynek a magjában több vagy kevesebb elektron van, mint a protonok, ionnak nevezzük. Miután az elektron a valenciahéjából átkerült, a nátriumatomból hiányzik egy elektron; ezért pozitív töltésű lesz, és nátriumion lesz. Ezzel párhuzamosan a klór atom, miután extra elektronot nyert, negatív töltést vesz fel, klórionvá válik. A két ellentétes töltésű ion közötti elektromos erő vonzó, és egyben zárja őket. A kapott nátrium-klorid vegyület egy köbös kristály, közismert nevén közönséges asztali só.

a fent felsorolt második kötési stratégiát a kvantummechanika írja le. Amikor két atom közeledik egymáshoz, megoszthatnak egy pár legkülső elektronot (gondoljunk az atomokra úgy, hogy az elektronokat oda-vissza dobják közöttük), hogy kovalens kötést képezzenek. A kovalens kötések különösen gyakoriak a szerves anyagokban, ahol a molekulák gyakran tartalmaznak hosszú szénatomláncokat (amelyeknek négy elektronja van a valenciahéjukban).

végül, egyes anyagokban minden atom felad egy külső elektronot, amely szabadon úszik—lényegében az elektront az anyag összes atomja osztja meg. Az elektronok egyfajta tengert alkotnak, amelyben a pozitív ionok úgy úsznak, mint a golyók a melaszban. Ezt fémkötésnek nevezik, és ahogy a neve is sugallja, ez tartja össze a fémeket.

arra is van mód, hogy az atomok és molekulák összekapcsolódjanak anélkül, hogy ténylegesen kicserélnék vagy megosztanák az elektronokat. Sok molekulában a belső erők olyanok, hogy az elektronok hajlamosak a molekula egyik végére klaszterezni, a másik végét pozitív töltéssel hagyva. Összességében a molekulának nincs nettó elektromos töltése—csak a pozitív és negatív töltések találhatók különböző helyeken. Például vízben (H2O) az elektronok általában idejük nagy részét az oxigénatom közelében töltik, pozitív töltéssel hagyva a hidrogénatomok területét. Az ilyen módon elrendezett molekulákat poláris molekuláknak nevezzük. Például egy olyan atom vagy ion, amely negatív oldaláról közelít egy poláris molekulához, erősebb negatív elektromos erőt fog tapasztalni, mint a távolabbi pozitív elektromos erő. Ez az oka annak, hogy sok anyag feloldódik a vízben: a poláris vízmolekula elektromos erők kifejtésével ionokat húzhat ki az anyagokból. A poláris erők különleges esete az úgynevezett hidrogénkötésben fordul elő. Sok esetben, amikor a hidrogén kovalens kötést képez egy másik atommal, az elektronok az atom felé mozognak, a hidrogén pedig enyhe pozitív töltést kap. A hidrogén viszont egy másik atomot vonz, ezáltal egyfajta hidat képez a kettő között. Sok fontos molekula, beleértve a DNS-t is, szerkezetük hidrogénkötéseitől függ.

végül van mód arra, hogy gyenge kötés alakuljon ki két elektromosan semleges atom között. Johannes van der Waals holland fizikus először 1873-ban elméletezte egy ilyen kötés mechanizmusát, amelyet ma van der Waals erőknek neveznek. Amikor két atom közeledik egymáshoz, elektronfelhőik visszataszító erőket gyakorolnak egymásra, hogy az atomok polarizálódjanak. Ilyen helyzetekben lehetséges, hogy az egyik atom magja és a másik elektronjai közötti elektromos vonzerő legyőzi az elektronok közötti visszataszító erőket, gyenge kötés alakul ki. Ennek az erőnek az egyik példája a szokásos grafit ceruza ólomban látható. Ebben az anyagban a szénatomokat lapokban erős kovalens kötésekkel tartják össze, de a lapokat csak van der Waals erők tartják össze. Amikor egy ceruzát rajzolnak át a papírra, a van der Waals erők megtörnek, a szénlapok pedig leesnek. Ez hozza létre a sötét ceruza csíkot.