Wiązanie kowalencyjne występuje, gdy dwa lub więcej atomów dzieli jedną lub więcej par elektronów. Warstwy elektronów wirujących wokół jądra atomu są stabilne tylko wtedy, gdy najbardziej zewnętrzna warstwa ma określoną liczbę. Porównaj tę chemiczną właściwość z trójnożnym stołkiem – aby był stabilny, musi mieć co najmniej trzy nogi. Atomy działają w ten sam sposób, ponieważ stabilność zależy od odpowiedniej liczby elektronów.
Cząsteczki dwuatomowe
Najpowszechniejsze wiązanie kowalencyjne występuje w cząsteczkach dwuatomowych lub tych składających się z dwóch takich samych atomów. Tlen występuje naturalnie jako O2, a wodór (H2) i chlor (Cl2) występują w naturze w ten sam sposób.
Wiązania pojedynczych elektronów
Chlor i wodór tworzą się, dzieląc jedną parę elektronów. Oznacza to, że w najbardziej zewnętrznej warstwie elektronowej każdego atomu jeden elektron z każdej pary atomów jest dzielony między dwa atomy. Gazowy metan lub CH4 jest również tworzony przez wiązanie pojedynczego elektronu. Każdy atom wodoru dzieli jeden elektron z atomem węgla. W rezultacie atom węgla ma stałą liczbę ośmiu elektronów w swojej warstwie zewnętrznej, a każdy atom wodoru ma pełne uzupełnienie dwóch elektronów w swojej warstwie samotnej.
Podwójne wiązania elektronowe
Podwójne wiązanie kowalencyjne powstaje, gdy pary atomów dzielą między sobą dwa elektrony. Jak można się spodziewać, związki te są bardziej stabilne niż wodór czy chlor, ponieważ wiązanie między atomami jest dwukrotnie silniejsze niż jednoelektronowe wiązania kowalencyjne. Cząsteczka O2 dzieli 2 elektrony między każdy atom, tworząc wysoce stabilną strukturę atomową. W rezultacie, zanim tlen zareaguje z inną substancją chemiczną lub związkiem, wiązanie kowalencyjne musi zostać zerwane. Jednym z takich procesów jest elektroliza, czyli tworzenie lub rozkład wody na pierwiastki chemiczne, wodór i tlen.
Gazowy w temperaturze pokojowej
Cząstki utworzone przez wiązanie kowalencyjne są gazowe w temperaturze pokojowej i mają wyjątkowo niskie temperatury topnienia. Podczas gdy wiązania między atomami w pojedynczej cząsteczce są bardzo silne, wiązania między cząsteczkami są bardzo słabe. Ponieważ cząsteczka związana kowalencyjnie jest bardzo stabilna, cząsteczki nie mają chemicznego powodu do interakcji ze sobą. W rezultacie związki te pozostają w stanie gazowym w temperaturze pokojowej
Przewodnictwo elektryczne
Cząsteczki związane kowalencyjnie różnią się od związków jonowych jeszcze w inny sposób. Gdy związek związany jonowo, taki jak zwykła sól kuchenna (chlorek sodu, NaCl) zostanie rozpuszczony w wodzie, woda będzie przewodzić prąd. W roztworze rozpadają się wiązania jonowe, a poszczególne pierwiastki zamieniają się w jony naładowane dodatnio i ujemnie. Jednak ze względu na siłę wiązania, gdy związek kowalencyjny ostygnie do cieczy, wiązania nie rozpadają się na jony. W rezultacie roztwór lub stan ciekły związku związanego kowalencyjnie nie przewodzi elektryczności.