Saite, kas savieno divus ūdeņraža atomus ūdeņraža gāzes molekulā, ir klasiska kovalentā saite. Saikni ir viegli analizēt, jo ūdeņraža atomiem ir tikai viens protons un viens elektrons. Elektroni atrodas ūdeņraža atoma viena elektronu apvalkā, kurā ir vieta diviem elektroniem.
Tā kā ūdeņraža atomi ir identiski, neviens no tiem nevar paņemt elektronu no otra, lai pabeigtu tā elektronu apvalku un izveidotu jonu saiti. Rezultātā abi ūdeņraža atomi dala abus elektronus kovalentā saitē. Elektroni lielāko daļu laika pavada starp pozitīvi uzlādētiem ūdeņraža kodoliem, abus piesaistot abu elektronu negatīvajam lādiņam.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Ūdeņraža gāzes molekulas sastāv no diviem ūdeņraža atomiem kovalentā saitē. Ūdeņraža atomi veido kovalentās saites arī citos savienojumos, piemēram, ūdenī ar skābekļa atomu un ogļūdeņražos ar oglekļa atomiem. Ūdens gadījumā kovalenti saistīti ūdeņraža atomi var veidot papildu starpmolekulāras ūdeņraža saites, kas ir vājākas nekā kovalentās molekulārās saites. Šīs saites piešķir ūdenim dažas tā fiziskās īpašības.
Kovalentās saites ūdenī
Ūdeņraža atomi H2O ūdens molekula veido tāda paša veida kovalentās saites kā ūdeņraža gāzē, bet ar skābekļa atomu. Skābekļa atoma visattālākajā elektronu apvalkā ir seši elektroni, kurā ir vieta astoņiem elektroniem. Lai piepildītu tā apvalku, skābekļa atoms dala divus ūdeņraža atomu elektronus kovalentā saitē.
Papildus kovalentajai saitei ūdens molekula veido papildu starpmolekulāras saites ar citām ūdens molekulām. Ūdens molekula ir polārs dipols, kas nozīmē, ka viens molekulas gals, skābekļa gals, tiek uzlādēts negatīvi, bet otrs gals ar diviem ūdeņraža atomiem ir pozitīvs. Vienas molekulas negatīvi lādētais skābekļa atoms piesaista vienu no citas molekulas pozitīvi uzlādētiem ūdeņraža atomiem, veidojot dipola-dipola ūdeņraža saiti. Šī saite ir vājāka nekā kovalentā molekulārā saite, taču tā satur ūdens molekulas kopā. Šie starpmolekulārie spēki piešķir ūdenim specifiskas īpašības, piemēram, augstu virsmas spraigumu un relatīvi augstu vārīšanās temperatūru molekulas svaram.
Oglekļa un ūdeņraža kovalentās saites
Oglekļa visattālākajā elektronu apvalkā ir četri elektroni, kurā ir vieta astoņiem elektroniem. Tā rezultātā vienā konfigurācijā ogleklim ir četri elektroni ar četriem ūdeņraža atomiem, lai tā apvalks būtu kovalentā savienojumā. Iegūtais savienojums ir CH4, metāns.
Kamēr metāns ar četrām kovalentajām saitēm ir stabils savienojums, ogleklis var nonākt citās saites konfigurācijās ar ūdeņraža un citiem oglekļa atomiem. Četru ārējo elektronu konfigurācija ļauj ogleklim radīt molekulas, kas veido pamatu daudziem sarežģītiem savienojumiem. Visas šādas saites ir kovalentās saites, taču tās ļauj ogleklim ļoti elastīgi saistīties.
Kovalentās obligācijas oglekļa ķēdēs
Kad oglekļa atomi veido kovalentās saites ar mazāk nekā četriem ūdeņraža atomiem, oglekļa atoma ārējā apvalkā paliek papildu savienojošie elektroni. Piemēram, divi oglekļa atomi, kas veido kovalentās saites ar trim ūdeņraža atomiem, katrs var veidot kovalento saiti savā starpā, daloties savos atsevišķajos atlikušajos saistošajos elektronos. Šis savienojums ir etāns, C2H6.
Līdzīgi divi oglekļa atomi var savienoties ar diviem ūdeņraža atomiem un veidot dubultu kovalentu saiti, savstarpēji sadalot četrus atlikušos elektronus. Šis savienojums ir etilēns, C2H4. Acetilānā C2H2abi oglekļa atomi veido trīskāršu kovalentu saiti un vienu saiti ar katru no diviem ūdeņraža atomiem. Šajos gadījumos ir iesaistīti tikai divi oglekļa atomi, bet abi oglekļa atomi var viegli uzturēt tikai atsevišķas saites savā starpā un izmantot pārējo, lai saistītos ar papildu oglekļa atomiem.
Propāns, C3H8, ir trīs oglekļa atomu ķēde ar vienām kovalentām saitēm starp tām. Abiem gala oglekļa atomiem ir viena saite ar vidējo oglekļa atomu un trīs kovalentās saites ar trim ūdeņraža atomiem. Vidējam oglekļa atomam ir saites ar pārējiem diviem oglekļa atomiem un diviem ūdeņraža atomiem. Šāda ķēde var būt daudz garāka, un tā ir pamats daudziem dabā sastopamiem sarežģītiem organisko oglekļa savienojumiem, kas visi balstās uz tāda paša veida kovalento saiti, kas savieno divus ūdeņraža atomus.