Klassifizierung von Elementen und Verbindungen

In der Natur kommen reine Stoffe entweder als Elemente oder als Verbindungen vor. Abhängig von der Grundeinheit existieren Elemente entweder in atomarer oder molekularer Form, während Verbindungen entweder als molekular oder ionisch unterteilt werden können. Atomare Elemente haben einzelne Atome als ihre Grundeinheiten.

Helium, Gold und Eisen sind Beispiele für monoatomare Elemente, die als stabile einzelne Atome existieren können. Molekulare Elemente hingegen enthalten zwei oder mehr miteinander verbundene Atome, die als Grundeinheit ein Molekül bilden. Zweiatomiger Wasserstoff mit zwei Wasserstoffatomen und mehratomiger Schwefel mit acht Schwefelatomen sind Beispiele für molekulare Elemente.

Im Vergleich zu molekularen Elementen entstehen molekulare Verbindungen, wenn sich Atome von zwei oder mehr nichtmetallischen Elementen verbinden, indem sie sich die Valenzelektronen durch kovalente Bindungen teilen. Die Kombination senkt die gesamte potentielle Energie des Systems und treibt dadurch die Bildung eines stabilen Moleküls voran. Daher sind die Grundeinheiten einer molekularen Verbindung definierte Moleküle, die aus verschiedenen Atomen bestehen.

Ethanol ist eine molekulare Verbindung, die Grundeinheiten aus verschiedenen Ethanol Molekülen enthält, die aus zwei Kohlenstoff-sechs Wasserstoff-und einem Sauerstoffatom bestehen. Ionische Verbindungen entstehen, wenn sich Atome von metallischen Elementen mit Atomen eines oder mehrerer nichtmetallischer Elemente verbinden. Die Metallatome verlieren leicht ihre Valenzelektronen und bilden positiv geladene Kationen, während die Nichtmetallatome Elektronen gewinnen und negativ geladene Anionen bilden.

Starke elektrostatische Anziehungskräfte oder ionische Bindungen werden zwischen den entgegengesetzt geladenen Ionen gebildet, wodurch die Gesamtenergie des Systems gesenkt und der Aufbau stabiler, geordneter, dreidimensionaler Ionengitterstrukturen vorangetrieben wird. Die kleinste Anordnung von Ionen, die elektrisch neutrale Grundeinheiten einer ionischen Verbindung bilden, wird als Formeleinheit bezeichnet. Tafelsalz ist eine ionische Verbindung mit der Formeleinheit NaCl, die eine abwechselnde dreidimensionale Anordnung von Natrium-Ionen und Chlorid-Ionen enthält.

Viele ionische Verbindungen sind jedoch aus Ionen zusammengesetzt, die nicht singulär sind, wie Natrium-oder Chlorid-Ionen, sondern aus mehreren kovalent gebundenen Atomen mit einer negativen oder positiven Nettoladung bestehen so genannte polyatomare Ionen. Zum Beispiel besteht Natriumacetat aus positiv geladenen Natrium-Ionen und mehratomigen Acetat-Ionen, die eine negative Nettoladung tragen.