Vez, ki povezuje dva atoma vodika v molekuli vodikovega plina, je klasična kovalentna vez. Vez je enostavno analizirati, ker imajo vodikovi atomi le en proton in en elektron. Elektroni so v enojni elektronski lupini atoma vodika, v kateri je prostor za dva elektrona.
Ker so atomi vodika enaki, noben drug ne more vzeti elektrona drugemu, da zaključi svojo elektronsko lupino in tvori ionsko vez. Kot rezultat imata dva atoma vodika dva elektrona v kovalentni vezi. Elektroni preživijo večino svojega časa med pozitivno nabitimi vodikovimi jedri in jih oba privabijo v negativni naboj obeh elektronov.
TL; DR (predolgo; Nisem prebral)
Molekule vodikovega plina so sestavljene iz dveh atomov vodika v kovalentni vezi. Atomi vodika tvorijo kovalentne vezi tudi v drugih spojinah, na primer v vodi z atomom kisika in v ogljikovodikih z atomi ogljika. V primeru vode lahko kovalentno vezani vodikovi atomi tvorijo dodatne medmolekularne vodikove vezi, ki so šibkejše od kovalentnih molekularnih vezi. Te vezi dajejo vodi nekatere njene fizikalne lastnosti.
Kovalentne vezi v vodi
Vodikovi atomi v H2O molekula vode tvori enako vrsto kovalentne vezi kot v vodikovem plinu, vendar z atomom kisika. Atom kisika ima v najbolj zunanji elektronski lupini šest elektronov, v katerih je prostora za osem elektronov. Za napolnitev lupine si atom kisika deli dva elektrona atomov vodika v kovalentni vezi.
Molekula vode poleg kovalentne vezi tvori dodatne medmolekularne vezi z drugimi molekulami vode. Molekula vode je polarni dipol, kar pomeni, da je en konec molekule, konec kisika, napolnjen negativno, drugi konec z obema atomoma vodika pa ima pozitiven naboj. Negativno nabit kisikov atom ene molekule privlači enega od pozitivno nabitih atomov vodika druge molekule in tvori dipol-dipolno vodikovo vez. Ta vez je šibkejša od kovalentne molekularne vezi, vendar drži molekule vode skupaj. Te medmolekularne sile dajejo vodi posebne značilnosti, kot sta visoka površinska napetost in relativno visoko vrelišče za težo molekule.
Kovalentne vezi ogljika in vodika
Ogljik ima v najbolj zunanji elektronski lupini štiri elektrone, ki imajo prostor za osem elektronov. Kot rezultat, v eni konfiguraciji ogljik deli štiri elektrone s štirimi vodikovimi atomi, da napolni svojo lupino v kovalentni vezi. Nastala spojina je CH4, metan.
Medtem ko je metan s svojimi štirimi kovalentnimi vezmi stabilna spojina, lahko ogljik vstopi v druge konfiguracije vezi z vodikom in drugimi atomi ogljika. Štiri zunanje elektronske konfiguracije omogočajo ogljiku, da tvori molekule, ki so osnova številnih kompleksnih spojin. Vse take vezi so kovalentne vezi, vendar omogočajo ogljiku veliko prilagodljivost pri vezanju.
Kovalentne vezi v ogljikovih verigah
Ko atomi ogljika tvorijo kovalentne vezi z manj kot štirimi vodikovimi atomi, ostanejo dodatni vezni elektroni v zunanji lupini ogljikovega atoma. Na primer, dva atoma ogljika, ki tvorita kovalentne vezi s tremi vodikovimi atomi, lahko tvorita kovalentno vez med seboj in si delita svoja preostala vezna elektrona. Ta spojina je etan, C2H6.
Podobno se lahko dva ogljikova atoma povežeta z dvema atomoma vodika in tvorita dvojno kovalentno vez med seboj, pri čemer si delita svoja štiri ostanke elektronov. Ta spojina je etilen, C2H4. V acetilenu C2H2atoma ogljika tvorita trojno kovalentno vez in enojno vez z vsakim od dveh atomov vodika. V teh primerih sta vključena le dva atoma ogljika, vendar lahko ogljikova atoma med seboj enostavno vzdržujeta samo enojne vezi, preostanek pa uporabite za povezovanje z dodatnimi atomi ogljika.
Propan, C3H8, ima verigo treh atomov ogljika z enojnimi kovalentnimi vezmi med njimi. Končna ogljikova atoma imata enojno vez s srednjim atomom ogljika in tri kovalentne vezi s po tremi vodikovimi atomi. Srednji atom ogljika ima vezi z drugimi dvema atomoma ogljika in dvema atomoma vodika. Takšna veriga je lahko veliko daljša in je osnova za številne kompleksne organske spojine ogljika, ki jih najdemo v naravi, vse pa temeljijo na isti vrsti kovalentne vezi, ki povezuje dva atoma vodika.