Chimie comparativă
În tabelul periodic, elementele cu opt electroni din exterior formează grupul cunoscut sub numele de gaze nobile (Grupul 18), cel mai puțin reactiv al elementelor. Elementele grupului de carbon (Grupul 14), cu patru electroni, ocupă o poziție de mijloc. Elementele din stânga grupului 14 au mai puțin de patru electroni în carcasa de valență și tind să-i piardă (cu sarcinile lor negative) pentru a deveni ioni încărcați pozitiv, reprezentați de simbolul elementului cu un supercript care indică numărul și semnul taxe; astfel de elemente se numesc metale. Nemetalele (cu excepția borului) se află în grupurile din dreapta grupului 14; fiecare are mai mult de patru electroni în învelișul său exterior și tinde să dobândească electroni pentru a-și completa octetul, formând ioni încărcați negativ.
Reacțiile chimice rezultă din schimbul de electroni între atomi. În general, dacă un metal își pierde câțiva electroni de valență față de un nemetal, ionii încărcați în mod opus rezultați sunt atrași unii de alții și formează o legătură, clasificată ca ionică sau electrovalentă. Două metale, dintre care niciunul nu își poate pierde efectiv electronii de valență în reacția chimică, le pot împărți totuși în perechi în așa fel încât rezultă ceea ce se numește o legătură covalentă. Atomii metalici se vor lega între ei într-un al treilea tip de legătură, care eliberează electronii de valență într-un mod care le permite să conducă electricitatea.
Toți atomii grupului de carbon, având patru electroni de valență, formează legături covalente cu atomi nemetali; carbonul și siliciul nu pot pierde sau câștiga electroni pentru a forma ioni liberi, în timp ce germaniu, staniu și plumb formează ioni metalici, dar numai cu două sarcini pozitive. Chiar și plumbul, cel mai metalic dintre atomii grupului de carbon, nu își poate pierde de fapt toți cei patru electroni de valență, deoarece, pe măsură ce fiecare este îndepărtat, restul este ținut mai puternic de sarcina pozitivă crescută. Deoarece distincția dintre legăturile covalente și ionice (electrovalente) este adesea o chestiune de comoditate pentru chimist și pentru că structura efectivă a legăturii dintr-o moleculă poate fi destul de complicată, este adesea util să numărați numărul total de electroni ai unui element câștigă sau pierde în legătură fără a lua în considerare natura obligațiunilor. Acest număr se numește numărul de oxidare sau starea de oxidare a elementului; multe elemente au mai multe stări de oxidare posibile, fiecare stare de oxidare găsindu-se în compuși diferiți. Starea de oxidare a unui element este scrisă în mod convențional ca număr roman urmând denumirea elementului dintr-un compus – de exemplu, plumb (II) înseamnă plumb în starea de oxidare +2. Un sistem alternativ de reprezentare utilizează un număr arab după numele elementului; astfel, plumb în starea +2 este scris plumb (+2). Cu simbolul chimic al elementului, starea de oxidare poate fi scrisă ca un supercript, ca în Pb2 +. Când compușii sunt ionici, starea de oxidare este, de asemenea, sarcina ionică reală. Legăturile covalente sunt în general considerate a fi formate prin interacțiunea orbitalilor (în majoritatea cazurilor, numai orbitalele s, p și d) în moduri specifice și variate. Cele mai frecvente se numesc legături sigma și pi, scrise σ și respectiv π. Legăturile sigma sunt simetrice față de axa legăturii, în timp ce legăturile pi nu sunt. Exemple de legături sigma și pi, precum și de legături ionice pot fi găsite printre compușii elementelor grupării carbonului.