Wiązanie łączące dwa atomy wodoru w cząsteczce gazowego wodoru jest klasycznym wiązaniem kowalencyjnym. Wiązanie jest łatwe do analizy, ponieważ atomy wodoru mają tylko jeden proton i jeden elektron. Elektrony znajdują się w pojedynczej powłoce elektronowej atomu wodoru, w której jest miejsce na dwa elektrony.
Ponieważ atomy wodoru są identyczne, żaden z nich nie może odebrać sobie elektronu, aby uzupełnić swoją powłokę elektronową i utworzyć wiązanie jonowe. W rezultacie dwa atomy wodoru dzielą dwa elektrony w wiązaniu kowalencyjnym. Elektrony spędzają większość czasu pomiędzy dodatnio naładowanymi jądrami wodoru, przyciągając je do ujemnego ładunku dwóch elektronów.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Cząsteczki gazowego wodoru składają się z dwóch atomów wodoru połączonych wiązaniem kowalencyjnym. Atomy wodoru tworzą również wiązania kowalencyjne w innych związkach, takich jak woda z atomem tlenu i węglowodory z atomami węgla. W przypadku wody kowalencyjnie związane atomy wodoru mogą tworzyć dodatkowe międzycząsteczkowe wiązania wodorowe, które są słabsze niż kowalencyjne wiązania cząsteczkowe. Wiązania te nadają wodzie niektóre z jej właściwości fizycznych.
Wiązania kowalencyjne w wodzie
Atomy wodoru w H2O cząsteczki wody tworzą ten sam rodzaj wiązania kowalencyjnego jak w gazowym wodorze, ale z atomem tlenu. Atom tlenu ma sześć elektronów w swojej najbardziej zewnętrznej powłoce elektronowej, która ma miejsce na osiem elektronów. Aby wypełnić swoją powłokę, atom tlenu dzieli dwa elektrony dwóch atomów wodoru w wiązanie kowalencyjne.
Oprócz wiązania kowalencyjnego cząsteczka wody tworzy dodatkowe wiązania międzycząsteczkowe z innymi cząsteczkami wody. Cząsteczka wody jest dipolem polarnym, co oznacza, że jeden koniec cząsteczki, koniec tlenu, jest naładowany ujemnie, a drugi koniec z dwoma atomami wodoru ma ładunek dodatni. Ujemnie naładowany atom tlenu jednej cząsteczki przyciąga jeden z dodatnio naładowanych atomów wodoru innej cząsteczki, tworząc wiązanie wodorowe dipol-dipol. To wiązanie jest słabsze niż kowalencyjne wiązanie molekularne, ale utrzymuje razem cząsteczki wody. Te siły międzycząsteczkowe nadają wodzie charakterystyczne właściwości, takie jak wysokie napięcie powierzchniowe i stosunkowo wysoką temperaturę wrzenia w stosunku do masy cząsteczki.
Wiązania kowalencyjne węgla i wodoru
Węgiel ma cztery elektrony w swojej najbardziej zewnętrznej powłoce elektronowej, która ma miejsce na osiem elektronów. W rezultacie w jednej konfiguracji węgiel dzieli cztery elektrony z czterema atomami wodoru, aby wypełnić swoją powłokę wiązaniem kowalencyjnym. Otrzymany związek to CH4, metan.
Podczas gdy metan z czterema wiązaniami kowalencyjnymi jest stabilnym związkiem, węgiel może wchodzić w inne konfiguracje wiązań z wodorem i innymi atomami węgla. Konfiguracja czterech zewnętrznych elektronów pozwala na tworzenie przez węgiel cząsteczek, które stanowią podstawę wielu złożonych związków. Wszystkie takie wiązania są wiązaniami kowalencyjnymi, ale pozwalają na dużą elastyczność węgla w jego zachowaniu wiązania.
Wiązania kowalencyjne w łańcuchach węglowych
Gdy atomy węgla tworzą wiązania kowalencyjne z mniej niż czterema atomami wodoru, dodatkowe elektrony wiążące pozostają w zewnętrznej powłoce atomu węgla. Na przykład dwa atomy węgla, które tworzą wiązania kowalencyjne z trzema atomami wodoru, mogą każdy z nich tworzyć ze sobą wiązanie kowalencyjne, dzieląc swoje pojedyncze pozostałe elektrony wiążące. Tym związkiem jest etan, C2H6.
Podobnie dwa atomy węgla mogą wiązać się z dwoma atomami wodoru i tworzyć ze sobą podwójne wiązanie kowalencyjne, dzieląc między sobą cztery pozostałe elektrony. Tym związkiem jest etylen, C2H4. w acetylenie, C2H2, dwa atomy węgla tworzą potrójne wiązanie kowalencyjne i pojedyncze wiązanie z każdym z dwóch atomów wodoru. W takich przypadkach zaangażowane są tylko dwa atomy węgla, ale dwa atomy węgla mogą z łatwością utrzymywać ze sobą tylko pojedyncze wiązania, a resztę wykorzystać do wiązania z dodatkowymi atomami węgla.
propan, C3H8, ma łańcuch składający się z trzech atomów węgla z pojedynczymi wiązaniami kowalencyjnymi między nimi. Dwa końcowe atomy węgla mają pojedyncze wiązanie ze środkowym atomem węgla i trzy wiązania kowalencyjne z trzema atomami wodoru każdy. Środkowy atom węgla ma wiązania z pozostałymi dwoma atomami węgla i dwoma atomami wodoru. Taki łańcuch może być znacznie dłuższy i stanowi podstawę wielu złożonych organicznych związków węgla występujących w przyrodzie, opartych na tym samym rodzaju wiązania kowalencyjnego, które łączy dwa atomy wodoru.