Il legame che unisce due atomi di idrogeno in una molecola di gas idrogeno è un classico legame covalente. Il legame è facile da analizzare perché gli atomi di idrogeno hanno solo un protone e un elettrone ciascuno. Gli elettroni si trovano nel guscio di un singolo elettrone dell'atomo di idrogeno, che ha spazio per due elettroni.
Poiché gli atomi di idrogeno sono identici, nessuno dei due può prendere l'elettrone dall'altro per completare il suo guscio elettronico e formare un legame ionico. Di conseguenza, i due atomi di idrogeno condividono i due elettroni in un legame covalente. Gli elettroni trascorrono la maggior parte del loro tempo tra i nuclei di idrogeno carichi positivamente, attirandoli entrambi alla carica negativa dei due elettroni.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
Le molecole di idrogeno gassoso sono costituite da due atomi di idrogeno in un legame covalente. Gli atomi di idrogeno formano anche legami covalenti in altri composti, come nell'acqua con un atomo di ossigeno e negli idrocarburi con atomi di carbonio. Nel caso dell'acqua, gli atomi di idrogeno legati in modo covalente possono formare ulteriori legami idrogeno intermolecolari che sono più deboli dei legami molecolari covalenti. Questi legami conferiscono all'acqua alcune delle sue caratteristiche fisiche.
Legami covalenti in acqua
Gli atomi di idrogeno nell'H2O la molecola d'acqua forma lo stesso tipo di legame covalente dell'idrogeno gassoso ma con l'atomo di ossigeno. L'atomo di ossigeno ha sei elettroni nel suo guscio elettronico più esterno, che ha spazio per otto elettroni. Per riempire il suo guscio, l'atomo di ossigeno condivide i due elettroni dei due atomi di idrogeno in un legame covalente.
Oltre al legame covalente, la molecola d'acqua forma ulteriori legami intermolecolari con altre molecole d'acqua. La molecola d'acqua è un dipolo polare, il che significa che un'estremità della molecola, l'estremità dell'ossigeno, è caricata negativamente e l'altra estremità con i due atomi di idrogeno ha una carica positiva. L'atomo di ossigeno con carica negativa di una molecola attrae uno degli atomi di idrogeno con carica positiva di un'altra molecola, formando un legame idrogeno dipolo-dipolo. Questo legame è più debole del legame molecolare covalente, ma tiene insieme le molecole d'acqua. Queste forze intermolecolari conferiscono all'acqua caratteristiche specifiche come un'elevata tensione superficiale e un punto di ebollizione relativamente alto per il peso della molecola.
Legami covalenti carbonio e idrogeno
Il carbonio ha quattro elettroni nel suo guscio elettronico più esterno, che ha spazio per otto elettroni. Di conseguenza, in una configurazione, il carbonio condivide quattro elettroni con quattro atomi di idrogeno per riempire il suo guscio in un legame covalente. Il composto risultante è CH4, metano.
Mentre il metano con i suoi quattro legami covalenti è un composto stabile, il carbonio può entrare in altre configurazioni di legame con l'idrogeno e altri atomi di carbonio. La configurazione dei quattro elettroni esterni consente al carbonio di creare molecole che costituiscono la base di molti composti complessi. Tutti questi legami sono legami covalenti, ma consentono al carbonio una grande flessibilità nel suo comportamento di legame.
Legami covalenti nelle catene di carbonio
Quando gli atomi di carbonio formano legami covalenti con meno di quattro atomi di idrogeno, nel guscio esterno dell'atomo di carbonio rimangono elettroni di legame extra. Ad esempio, due atomi di carbonio che formano legami covalenti con tre atomi di idrogeno possono formare ciascuno un legame covalente tra loro, condividendo i loro singoli elettroni di legame rimanenti. Quel composto è etano, C2H6.
Allo stesso modo, due atomi di carbonio possono legarsi con due atomi di idrogeno ciascuno e formare un doppio legame covalente tra loro, condividendo tra loro i quattro elettroni rimanenti. Quel composto è etilene, C2H4. In acetilene, C2H2, i due atomi di carbonio formano un triplo legame covalente e un legame singolo con ciascuno dei due atomi di idrogeno. In questi casi, sono coinvolti solo due atomi di carbonio, ma i due atomi di carbonio possono facilmente mantenere solo legami singoli tra loro e utilizzare il resto per legarsi con atomi di carbonio aggiuntivi.
Propano, C3H8, ha una catena di tre atomi di carbonio con singoli legami covalenti tra di loro. I due atomi di carbonio terminali hanno un singolo legame con l'atomo di carbonio centrale e tre legami covalenti con tre atomi di idrogeno ciascuno. L'atomo di carbonio medio ha legami con gli altri due atomi di carbonio e due atomi di idrogeno. Tale catena può essere molto più lunga ed è alla base di molti dei complessi composti organici del carbonio presenti in natura, tutti basati sullo stesso tipo di legame covalente che unisce due atomi di idrogeno.