Química comparativa
Na tabela periódica, os elementos com oito elétrons mais externos formam o grupo conhecido como gases nobres (Grupo 18), o mínimo reativo dos elementos. Os elementos do grupo carbono (Grupo 14), com quatro elétrons, ocupam uma posição intermediária. Os elementos à esquerda do Grupo 14 têm menos de quatro elétrons na camada de valência e tendem a perdê-los (com suas cargas negativas) para se tornarem íons carregados positivamente, representados pelo símbolo para o elemento com um sobrescrito indicando o número e o sinal do cobranças; tais elementos são chamados de metais. Os não metais (exceto o boro) estão nos grupos à direita do Grupo 14; cada um tem mais de quatro elétrons em sua camada mais externa e tende a adquirir elétrons para completar seu octeto, formando íons carregados negativamente.
As reações químicas resultam da troca de elétrons entre os átomos. Em geral, se um metal perde seus poucos elétrons de valência para um não metal, os íons de carga oposta resultantes são atraídos uns para os outros e formam uma ligação, classificada como iônica ou eletrovalente. Dois não-metais, nenhum dos quais pode realmente perder seus elétrons de valência na reação química, podem, no entanto, compartilhá-los em pares de tal maneira que resulta o que é chamado de ligação covalente. Os átomos de metal irão se ligar uns aos outros em um terceiro tipo de ligação, que libera seus elétrons de valência de uma forma que lhes permite conduzir eletricidade.
Todos os átomos do grupo de carbono, tendo quatro elétrons de valência, formam ligações covalentes com átomos não metálicos; carbono e silício não podem perder ou ganhar elétrons para formar íons livres, enquanto germânio, estanho e chumbo formam íons metálicos, mas apenas com duas cargas positivas. Mesmo o chumbo, o mais metálico dos átomos do grupo de carbono, não pode realmente perder todos os quatro elétrons de valência, porque, à medida que cada um é removido, o restante é sustentado com mais força pelo aumento da carga positiva. Como a distinção entre ligações covalentes e iônicas (eletrovalentes) é muitas vezes uma questão de conveniência para o químico, e porque a estrutura da ligação real dentro de uma molécula pode ser bastante complicada, muitas vezes é útil em vez de simplesmente contar o número total de elétrons de um elemento ganhos ou perdas no vínculo, independentemente da natureza dos vínculos. Esse número é chamado de número de oxidação ou estado de oxidação do elemento; muitos elementos têm mais de um estado de oxidação possível, cada estado de oxidação sendo encontrado em compostos diferentes. O estado de oxidação de um elemento é convencionalmente escrito como um algarismo romano após o nome do elemento em um composto – por exemplo, chumbo (II) significa chumbo no estado de oxidação +2. Um sistema alternativo de representação usa um número arábico após o nome do elemento; assim, o lead no estado +2 é o lead escrito (+2). Com o símbolo químico do elemento, o estado de oxidação pode ser escrito como um sobrescrito, como em Pb2 +. Quando os compostos são iônicos, o estado de oxidação também é a carga iônica real. As ligações covalentes geralmente são consideradas formadas pela interação dos orbitais (na maioria dos casos, apenas os orbitais s, p e d) de maneiras específicas e variadas. As mais comuns são chamadas de ligações sigma e pi, escritas σ e π, respectivamente. As ligações sigma são simétricas em relação ao eixo da ligação, enquanto as ligações pi não são. Exemplos de ligações sigma e pi, bem como de ligações iônicas, podem ser encontrados entre os compostos dos elementos do grupo de carbono.