Väzba spájajúca dva atómy vodíka v molekule plynného vodíka je klasická kovalentná väzba. Väzbu je ľahké analyzovať, pretože atómy vodíka majú iba jeden protón a každý jeden elektrón. Elektróny sú v jednom elektrónovom obale atómu vodíka, v ktorom je miesto pre dva elektróny.
Pretože sú atómy vodíka identické, nemôže ani jeden z nich brať elektrón, aby dokončil svoje elektrónové puzdro a vytvoril iónovú väzbu. Výsledkom je, že dva atómy vodíka zdieľajú dva elektróny v kovalentnej väzbe. Elektróny trávia väčšinu času medzi kladne nabitými atómami vodíka a priťahujú ich obidva k negatívnemu náboju dvoch elektrónov.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Molekuly plynného vodíka sú tvorené dvoma atómami vodíka v kovalentnej väzbe. Atómy vodíka tiež tvoria kovalentné väzby v iných zlúčeninách, napríklad vo vode s atómom kyslíka a v uhľovodíkoch s atómami uhlíka. V prípade vody môžu kovalentne viazané atómy vodíka vytvárať ďalšie intermolekulárne vodíkové väzby, ktoré sú slabšie ako kovalentné molekulárne väzby. Tieto väzby poskytujú vode niektoré jej fyzikálne vlastnosti.
Kovalentné väzby vo vode
Atómy vodíka v H2Molekula vody tvorí rovnaký druh kovalentnej väzby ako v plynnom vodíku, ale s atómom kyslíka. Atóm kyslíka má vo svojom najvzdialenejšom elektrónovom obale šesť elektrónov, v ktorých je miesto pre osem elektrónov. Atóm kyslíka plní svoju schránku tak, že zdieľa dva elektróny dvoch atómov vodíka v kovalentnej väzbe.
Okrem kovalentnej väzby vytvára molekula vody ďalšie intermolekulárne väzby s inými molekulami vody. Molekula vody je polárny dipól, čo znamená, že jeden koniec molekuly, kyslíkový koniec, je nabitý negatívne a druhý koniec s dvoma atómami vodíka má kladný náboj. Negatívne nabitý atóm kyslíka jednej molekuly priťahuje jeden z kladne nabitých atómov vodíka inej molekuly a vytvára vodíkovú väzbu dipól-dipól. Táto väzba je slabšia ako kovalentná molekulárna väzba, ale drží molekuly vody pohromade. Tieto medzimolekulové sily poskytujú vode špecifické vlastnosti, ako je vysoké povrchové napätie a relatívne vysoký bod varu pre hmotnosť molekuly.
Uhlíkové a vodíkové väzby
Uhlík má vo svojom najvzdialenejšom elektrónovom obale štyri elektróny, v ktorých je miesto pre osem elektrónov. Výsledkom je, že v jednej konfigurácii uhlík zdieľa štyri elektróny so štyrmi atómami vodíka, aby naplnil svoj obal kovalentnou väzbou. Výslednou zlúčeninou je CH4metán.
Zatiaľ čo metán so svojimi štyrmi kovalentnými väzbami je stabilná zlúčenina, uhlík môže vstupovať do ďalších konfigurácií väzieb s vodíkom a inými atómami uhlíka. Konfigurácia štyroch vonkajších elektrónov umožňuje uhlíku vytvárať molekuly, ktoré tvoria základ mnohých zložitých zlúčenín. Všetky také väzby sú kovalentné väzby, ale umožňujú uhlíku veľkú flexibilitu v jeho väzobnom správaní.
Kovalentné dlhopisy v uhlíkových reťazcoch
Keď atómy uhlíka tvoria kovalentné väzby s menej ako štyrmi atómami vodíka, vo vonkajšom obale atómu uhlíka zostávajú ďalšie väzbové elektróny. Napríklad dva atómy uhlíka, ktoré tvoria kovalentné väzby s tromi atómami vodíka, môžu navzájom vytvárať kovalentné väzby a zdieľať svoje jediné zostávajúce väzbové elektróny. Tou zlúčeninou je etán, C.2H6.
Podobne sa dva atómy uhlíka môžu viazať s dvoma atómami vodíka a navzájom vytvárať dvojitú kovalentnú väzbu, pričom medzi sebou zdieľajú svoje štyri zvyšné elektróny. Tou zlúčeninou je etylén, C2H4. V acetyléne, C2H2, dva atómy uhlíka tvoria trojitú kovalentnú väzbu a jednoduchú väzbu s každým z dvoch atómov vodíka. V týchto prípadoch sú to iba dva atómy uhlíka, ale tieto dva atómy uhlíka môžu ľahko udržiavať navzájom iba jednoduché väzby a zvyšok môžu použiť na väzbu s ďalšími atómami uhlíka.
Propán, C.3H8, má reťazec troch atómov uhlíka s jednoduchými kovalentnými väzbami medzi nimi. Dva koncové atómy uhlíka majú jednoduchú väzbu so stredným atómom uhlíka a tri kovalentné väzby s tromi atómami vodíka. Stredný atóm uhlíka má väzby s ďalšími dvoma atómami uhlíka a dvoma atómami vodíka. Takýto reťazec môže byť oveľa dlhší a je základom mnohých komplexných organických zlúčenín uhlíka nachádzajúcich sa v prírode. Všetky sú založené na rovnakom druhu kovalentnej väzby, ktorá spája dva atómy vodíka.