Vazba spojující dva atomy vodíku v molekule plynného vodíku je klasická kovalentní vazba. Vazbu lze snadno analyzovat, protože atomy vodíku mají každý pouze jeden proton a jeden elektron. Elektrony jsou v jediném elektronovém obalu atomu vodíku, který má prostor pro dva elektrony.
Protože atomy vodíku jsou identické, žádný z nich nemůže vzít elektron od druhého, aby dokončil svůj elektronový obal a vytvořil iontovou vazbu. Výsledkem je, že dva atomy vodíku sdílejí dva elektrony v kovalentní vazbě. Elektrony tráví většinu času mezi kladně nabitými vodíkovými jádry a přitahují je oba k zápornému náboji dvou elektronů.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Molekuly plynného vodíku jsou tvořeny dvěma atomy vodíku v kovalentní vazbě. Atomy vodíku také tvoří kovalentní vazby v jiných sloučeninách, například ve vodě s atomem kyslíku a v uhlovodících s atomy uhlíku. V případě vody mohou kovalentně vázané atomy vodíku tvořit další mezimolekulární vodíkové vazby, které jsou slabší než kovalentní molekulární vazby. Tyto vazby dodávají vodě některé její fyzikální vlastnosti.
Kovalentní vazby ve vodě
Atomy vodíku v H2Molekula vody O tvoří stejný druh kovalentní vazby jako v plynném vodíku, ale s atomem kyslíku. Atom kyslíku má ve svém nejvzdálenějším elektronovém obalu šest elektronů, ve kterém je místo pro osm elektronů. Aby naplnil svůj obal, atom kyslíku sdílí dva elektrony dvou atomů vodíku v kovalentní vazbě.
Kromě kovalentní vazby tvoří molekula vody další intermolekulární vazby s dalšími molekulami vody. Molekula vody je polární dipól, což znamená, že jeden konec molekuly, kyslíkový konec, je nabit záporně a druhý konec se dvěma atomy vodíku má kladný náboj. Negativně nabitý atom kyslíku jedné molekuly přitahuje jeden z kladně nabitých atomů vodíku jiné molekuly a vytváří vodíkovou vazbu dipól-dipól. Tato vazba je slabší než kovalentní molekulární vazba, ale drží molekuly vody pohromadě. Tyto mezimolekulární síly dávají vodě specifické vlastnosti, jako je vysoké povrchové napětí a relativně vysoký bod varu pro hmotnost molekuly.
Uhlíkové a vodíkové vazby
Uhlík má ve své nejvzdálenější elektronové skořápce čtyři elektrony, kde je místo pro osm elektronů. Výsledkem je, že v jedné konfiguraci uhlík sdílí čtyři elektrony se čtyřmi atomy vodíku, aby vyplnil svůj obal v kovalentní vazbě. Výslednou sloučeninou je CH4metan.
Zatímco methan se svými čtyřmi kovalentními vazbami je stabilní sloučenina, uhlík může vstoupit do jiných konfigurací vazby s vodíkem a jinými atomy uhlíku. Konfigurace čtyř vnějších elektronů umožňuje uhlíku vytvářet molekuly, které tvoří základ mnoha složitých sloučenin. Všechny takové vazby jsou kovalentní vazby, ale umožňují uhlíku velkou flexibilitu v jeho vazebném chování.
Kovalentní vazby v uhlíkových řetězcích
Když atomy uhlíku tvoří kovalentní vazby s méně než čtyřmi atomy vodíku, zůstávají ve vnějším obalu atomu uhlíku další vazebné elektrony. Například dva atomy uhlíku, které tvoří kovalentní vazby se třemi atomy vodíku, mohou každý tvořit kovalentní vazbu navzájem a sdílet své jediné zbývající vazebné elektrony. Tou sloučeninou je ethan, C.2H6.
Podobně se dva atomy uhlíku mohou vázat na každý se dvěma atomy vodíku a vytvářet dvojnou kovalentní vazbu mezi sebou a sdílet mezi sebou své čtyři zbylé elektrony. Tou sloučeninou je ethylen, C2H4. V acetylenu, C.2H2, dva atomy uhlíku tvoří trojnou kovalentní vazbu a jednoduchou vazbu s každým ze dvou atomů vodíku. V těchto případech jsou zahrnuty pouze dva atomy uhlíku, ale tyto dva atomy uhlíku mohou snadno udržovat mezi sebou pouze jednoduché vazby a zbytek použít k vazbě s dalšími atomy uhlíku.
Propan, C.3H8, má řetězec tří atomů uhlíku s jednoduchými kovalentními vazbami mezi nimi. Dva koncové atomy uhlíku mají jednoduchou vazbu se středním atomem uhlíku a tři kovalentní vazby se třemi atomy vodíku. Střední atom uhlíku má vazby s dalšími dvěma atomy uhlíku a dvěma atomy vodíku. Takový řetězec může být mnohem delší a je základem pro mnoho komplexních organických sloučenin uhlíku vyskytujících se v přírodě, vše na základě stejného druhu kovalentní vazby, která spojuje dva atomy vodíku.