Welk type binding verbindt twee waterstofatomen?

De binding die twee waterstofatomen in een waterstofgasmolecuul verbindt, is een klassieke covalente binding. De binding is gemakkelijk te analyseren omdat de waterstofatomen elk maar één proton en één elektron hebben. De elektronen bevinden zich in de enkele elektronenschil van het waterstofatoom, die ruimte biedt voor twee elektronen.

Omdat de waterstofatomen identiek zijn, kan geen van beide het elektron van het andere nemen om zijn elektronenschil te voltooien en een ionische binding te vormen. Als resultaat delen de twee waterstofatomen de twee elektronen in een covalente binding. De elektronen brengen het grootste deel van hun tijd door tussen de positief geladen waterstofkernen, waardoor ze beiden worden aangetrokken door de negatieve lading van de twee elektronen.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Moleculen van waterstofgas zijn opgebouwd uit twee waterstofatomen in een covalente binding. Waterstofatomen vormen ook covalente bindingen in andere verbindingen, zoals in water met een zuurstofatoom en in koolwaterstoffen met koolstofatomen. In het geval van water kunnen de covalent gebonden waterstofatomen extra intermoleculaire waterstofbruggen vormen die zwakker zijn dan de covalente moleculaire bindingen. Deze bindingen geven water een aantal van zijn fysieke kenmerken.

De waterstofatomen in de H₂O watermolecuul vormt dezelfde soort covalente binding als in waterstofgas, maar met het zuurstofatoom. Het zuurstofatoom heeft zes elektronen in zijn buitenste elektronenschil, die plaats biedt aan acht elektronen. Om zijn schaal te vullen, deelt het zuurstofatoom de twee elektronen van de twee waterstofatomen in een covalente binding.

Naast de covalente binding vormt het watermolecuul extra intermoleculaire bindingen met andere watermoleculen. Het watermolecuul is een polaire dipool, wat betekent dat het ene uiteinde van het molecuul, het zuurstofuiteinde, negatief geladen is en het andere uiteinde met de twee waterstofatomen positief geladen is. Het negatief geladen zuurstofatoom van een molecuul trekt een van de positief geladen waterstofatomen van een ander molecuul aan en vormt een dipool-dipool waterstofbinding. Deze binding is zwakker dan de covalente moleculaire binding, maar houdt de watermoleculen bij elkaar. Deze intermoleculaire krachten geven waterspecifieke eigenschappen zoals een hoge oppervlaktespanning en een relatief hoog kookpunt voor het gewicht van het molecuul.

Koolstof heeft vier elektronen in de buitenste elektronenschil, die ruimte biedt voor acht elektronen. Als gevolg hiervan deelt koolstof in één configuratie vier elektronen met vier waterstofatomen om de schaal in een covalente binding te vullen. De resulterende verbinding is CH₄, methaan.

Hoewel methaan met zijn vier covalente bindingen een stabiele verbinding is, kan koolstof andere bindingsconfiguraties aangaan met waterstof en andere koolstofatomen. Dankzij de vier buitenste elektronenconfiguraties kan koolstof moleculen maken die de basis vormen van veel complexe verbindingen. Al dergelijke bindingen zijn covalente bindingen, maar ze laten koolstof een grote flexibiliteit toe in zijn bindingsgedrag.

Wanneer koolstofatomen covalente bindingen vormen met minder dan vier waterstofatomen, blijven er extra bindingselektronen achter in de buitenste schil van het koolstofatoom. Twee koolstofatomen die covalente bindingen vormen met drie waterstofatomen kunnen bijvoorbeeld elk een covalente binding met elkaar vormen, waarbij ze hun enkele resterende bindingselektronen delen. Die verbinding is ethaan, C₂H₆.

Evenzo kunnen twee koolstofatomen zich binden met elk twee waterstofatomen en een dubbele covalente binding met elkaar vormen, waarbij ze hun vier overgebleven elektronen onderling delen. Die verbinding is ethyleen, C₂H₄. In acetyleen, C₂H₂, vormen de twee koolstofatomen een drievoudige covalente binding en een enkele binding met elk van de twee waterstofatomen. In deze gevallen zijn er slechts twee koolstofatomen bij betrokken, maar de twee koolstofatomen kunnen gemakkelijk slechts enkele bindingen met elkaar onderhouden en de rest gebruiken om te binden met extra koolstofatomen.

Propaan, C₃H₈, heeft een keten van drie koolstofatomen met enkele covalente bindingen ertussen. De twee eindkoolstofatomen hebben een enkele binding met het middelste koolstofatoom en drie covalente bindingen met elk drie waterstofatomen. Het middelste koolstofatoom heeft bindingen met de andere twee koolstofatomen en twee waterstofatomen. Zo'n keten kan veel langer zijn en is de basis voor veel van de complexe organische koolstofverbindingen die in de natuur worden gevonden, allemaal gebaseerd op dezelfde soort covalente binding die twee waterstofatomen verbindt.