Sidos, joka yhdistää kaksi vetyatomia vetykaasumolekyylissä, on klassinen kovalenttinen sidos. Sidos on helppo analysoida, koska vetyatomilla on vain yksi protoni ja yksi elektroni. Elektronit ovat vetyatomin yksittäisessä elektronikuoressa, jossa on tilaa kahdelle elektronille.
Koska vetyatomit ovat identtisiä, kumpikaan ei voi ottaa elektronia toisesta täydentämään elektronikuorensa ja muodostamaan ionisidoksen. Tämän seurauksena kaksi vetyatomia jakavat kaksi elektronia kovalenttisessa sidoksessa. Elektronit viettävät suurimman osan ajastaan positiivisesti varautuneiden vetyydinten välissä houkuttelemalla molempia kahden elektronin negatiiviseen varaukseen.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Vetykaasumolekyylit koostuvat kahdesta vetyatomista kovalenttisessa sidoksessa. Vetyatomit muodostavat myös kovalenttisia sidoksia muissa yhdisteissä, kuten vedessä, jossa on happiatomi, ja hiilivedyissä, joissa on hiiliatomeja. Veden tapauksessa kovalenttisesti sitoutuneet vetyatomit voivat muodostaa muita molekyylien välisiä vetysidoksia, jotka ovat heikompia kuin kovalenttiset molekyylisidokset. Nämä sidokset antavat vedelle joitain sen fysikaalisia ominaisuuksia.
Kovalenttiset sidokset vedessä
H: n vetyatomit2O vesimolekyyli muodostaa samanlaisen kovalenttisen sidoksen kuin vetykaasussa, mutta happiatomin kanssa. Happiatomissa on kuusi elektronia uloimmassa elektronikuoressa, jossa on tilaa kahdeksalle elektronille. Kuoren täyttämiseksi happiatomi jakaa kahden vetyatomin kaksi elektronia kovalenttisessa sidoksessa.
Kovalenttisen sidoksen lisäksi vesimolekyyli muodostaa muita molekyylien välisiä sidoksia muiden vesimolekyylien kanssa. Vesimolekyyli on polaarinen dipoli, mikä tarkoittaa, että molekyylin toinen pää, happipää, on varautunut negatiivisesti ja toisessa päässä kahdella vetyatomilla on positiivinen varaus. Yhden molekyylin negatiivisesti varautunut happiatomi houkuttelee yhtä toisen molekyylin positiivisesti varautunutta vetyatomia muodostaen dipoli-dipoli-vetysidoksen. Tämä sidos on heikompi kuin kovalenttinen molekyylisidos, mutta se pitää vesimolekyylit yhdessä. Nämä molekyylien väliset voimat antavat vedelle spesifisiä ominaisuuksia, kuten korkean pintajännityksen ja suhteellisen korkean kiehumispisteen molekyylin painolle.
Hiilen ja vedyn kovalenttiset sidokset
Hiilen uloimmassa elektronikuoressa on neljä elektronia, jossa on tilaa kahdeksalle elektronille. Tämän seurauksena yhdessä konfiguraatiossa hiili jakaa neljä elektronia neljällä vetyatomilla täyttääkseen sen kuoren kovalenttisessa sidoksessa. Saatu yhdiste on CH4, metaani.
Vaikka metaani ja sen neljä kovalenttista sidosta ovat stabiili yhdiste, hiili voi siirtyä muihin sidoskokoonpanoihin vedyn ja muiden hiiliatomien kanssa. Neljän ulomman elektronikonfiguraation avulla hiili voi luoda molekyylejä, jotka muodostavat perustan monille monimutkaisille yhdisteille. Kaikki tällaiset sidokset ovat kovalenttisia sidoksia, mutta ne antavat hiilelle suuren joustavuuden sen sitoutumiskäyttäytymisessä.
Kovalenttiset sidokset hiiliketjuissa
Kun hiiliatomit muodostavat kovalenttisia sidoksia, joissa on vähemmän kuin neljä vetyatomia, ylimääräiset sitoutumiselektronit jäävät hiiliatomin ulkokuoreen. Esimerkiksi kaksi hiiliatomia, jotka muodostavat kovalenttisia sidoksia kolmen vetyatomin kanssa, voivat kukin muodostaa kovalenttisen sidoksen toistensa kanssa jakamalla jäljellä olevat yksittäiset sitoutumiselektroninsa. Tuo yhdiste on etaani, C2H6.
Vastaavasti kaksi hiiliatomia voi sitoutua kumpaankin kahteen vetyatomiin ja muodostaa kaksoiskovalenttisen sidoksen toistensa kanssa jakamalla niiden neljä jäljellä olevaa elektronia keskenään. Tuo yhdiste on eteeni, C2H4. Asetyleenissä, C2H2, nämä kaksi hiiliatomia muodostavat kolminkertaisen kovalenttisen sidoksen ja yhden sidoksen kummankin vetyatomin kanssa. Näissä tapauksissa mukana on vain kaksi hiiliatomia, mutta nämä kaksi hiiliatomia voivat helposti ylläpitää vain yksittäisiä sidoksia keskenään ja käyttää loput sitoutumaan muihin hiiliatomeihin.
Propaani, C3H8, on kolmen hiiliatomin ketju, jonka välillä on yksittäisiä kovalenttisia sidoksia. Kummassakin hiiliatomissa on yksi sidos keskihiiliatomin kanssa ja kolme kovalenttista sidosta, joissa kussakin on kolme vetyatomia. Keskimmäisellä hiiliatomilla on sidoksia kahden muun hiiliatomin ja kahden vetyatomin kanssa. Tällainen ketju voi olla paljon pidempi ja se on perusta monille luonnon monimutkaisille orgaanisille hiiliyhdisteille, jotka kaikki perustuvat samantyyppiseen kovalenttiseen sidokseen, joka yhdistää kaksi vetyatomia.