원자가 전가와 화학 결합

성간 분자는 매우 희박한 성간 공간이나 별 주변에 있는 분자 구름 속에서 화학 반응에 의하여 형성된다.

원자가 전자

원자들은 화학 결합을 통해 분자를 형성하는데, 화학 결합에는 전자가 관여한다. 원자 속에서 전자는 불연속적인 에너지 준위를 가진다. 전자는 낮은 안쪽의 에너지 준위부터 차례로 들어가는데, 각 에너지 준위에 들어갈 수 있는 전자의 개수는 정해져 있다. 첫 번째 에너지 준위에는 전자가 최대 2개까지 들어갈 수 있으며, 맨 바깥쪽 에너지 준위에는 전자가 최대 8개까지 들어갈 수 있다.
원자가 전자 : 원자에는 원자핵에 들어 있는 양성자의 개수만큼 전자가 들어 있지만 이 중에서 가장 높은 맨 바깥쪽 에너지 준위에 들어 있는 전자만이 다른 원자와 화학 결합하는 데 관여한다. 이와 같이 원자에서 가장 높은 에너지 준위에 들어 있어 화학 결합에 참여하는 전자를 원자가 전자(valence electron) 또는 최외각 전자라고 한다. 원자가 전자의 개수는 주기율표에서 세로줄의 번호(족 번호)의 일의 자리수와 같다. 단, 18족 원소의 원자가 전자는 0개로 본다.
원자가 전자와 원소의 화학적 성질 : 원소의 화학적 성질은 그 원소의 원자가 가지는 원자가 전자의 개수에 따라 결정된다.

원자의 종류와 화학 결합

맨바깥 에너지 준위가 가득찬 원자 : 양성자가 2개인 헬륨 원자는 2개의 전자를 가진다. 헬륨원자는 첫 번째 에너지 준위에 이 2개의 전자가 들어간다. 첫 번째 에너지 준위가 꽉 찬 헬륨원자는 매우 안정하여 다른 원자와 반응하지 않는다. 마찬가지로 맨 바깥 에너지 준위가 8개의 전자로 가득찬 네온 원자도 매우 안정하여 다른 원자와 반응하지 않는다.
맨 바깥 에너지 준위가 가득 차지 않은 원자 : 맨 바깥 에너지 준위에 전자가 꽉 차지 않은 산소, 탄소, 질소 등은 다른 원자와 화학 결합을 함으로써 헬륨 원자나 네온 원자와 같이 안정한 전자 배치를 나타낸다. 원자들은 다른 원자와 화학 결합을 하여 맨 바깥 에너지 준위에 8개의 전자가 들어가는 전자 배치를 한다.