Srovnávací chemie
V periodické tabulce tvoří prvky s osmi nejvzdálenějšími elektrony skupinu známou jako vzácné plyny (skupina 18), nejméně reaktivní prvků. Prvky skupiny uhlíku (skupina 14) se čtyřmi elektrony zaujímají střední polohu. Prvky nalevo od skupiny 14 mají ve valenčním plášti méně než čtyři elektrony a mají tendenci je ztrácet (se svými zápornými náboji), aby se z nich staly kladně nabité ionty, představované symbolem prvku s horním indexem označujícím počet a znaménko poplatky; takové prvky se nazývají kovy. Nekovové látky (kromě boru) jsou ve skupinách napravo od skupiny 14; každý má ve své nejvzdálenější skořápce více než čtyři elektrony a má tendenci získávat elektrony, aby dokončil svůj oktet a vytvořil záporně nabité ionty.
Chemické reakce jsou výsledkem výměny elektronů mezi atomy. Obecně platí, že pokud kov ztratí svých několik valenčních elektronů na nekov, výsledné opačně nabité ionty jsou přitahovány k sobě navzájem a vytvářejí vazbu, klasifikovanou jako iontová nebo elektrovententní. Dva nekovy, z nichž ani jeden nemůže při chemické reakci ztratit své valenční elektrony, je přesto mohou sdílet v párech takovým způsobem, že vznikne tzv. Kovalentní vazba. Atomy kovů se navzájem spojí ve třetím typu vazby, která uvolňuje jejich valenční elektrony způsobem, který jim umožňuje vést elektřinu.
Všechny atomy uhlíkových skupin, které mají čtyři valenční elektrony, tvoří kovalentní vazby s nekovovými atomy; uhlík a křemík nemohou ztratit nebo získat elektrony za vzniku volných iontů, zatímco germánium, cín a olovo tvoří kovové ionty, ale pouze se dvěma kladnými náboji. Dokonce ani olovo, nejkovaličtější z atomů uhlíkové skupiny, nemůže ve skutečnosti ztratit všechny čtyři své valenční elektrony, protože při jejich odstraňování jsou zbytky silněji drženy zvýšeným kladným nábojem. Protože rozlišení mezi kovalentními a iontovými (elektrovententními) vazbami je pro chemika často otázkou pohodlí, a protože skutečná struktura vazby v molekule může být docela komplikovaná, je často užitečné místo toho jednoduše spočítat celkový počet elektronů na prvek získává nebo ztrácí ve vazbě bez ohledu na povahu vazeb. Toto číslo se nazývá oxidační číslo nebo oxidační stav prvku; mnoho prvků má více než jeden oxidační stav, přičemž každý oxidační stav se nachází v různých sloučeninách. Oxidační stav prvku se běžně píše jako římská číslice za názvem prvku ve sloučenině – například olovo (II) znamená olovo v oxidačním stavu +2. Alternativní systém reprezentace používá arabské číslo za názvem prvku; tedy olovo ve stavu +2 je zapsáno olovo (+2). Pomocí chemického symbolu prvku lze oxidační stav zapsat jako horní index, jako v Pb2 +. Když jsou sloučeniny iontové, je oxidační stav také skutečným iontovým nábojem. Kovalentní vazby se obecně považují za formované interakcí orbitalů (ve většině případů pouze orbitaly s, p a d) konkrétními a různými způsoby. Nejběžnější se nazývají vazby sigma a pí, psané σ a π. Vazby sigma jsou symetrické vzhledem k ose vazby, zatímco vazby pí nejsou. Příklady vazby sigma a pi i iontové vazby lze nalézt mezi sloučeninami prvků uhlíkové skupiny.