Bindningen som förbinder två väteatomer i en vätgasmolekyl är en klassisk kovalent bindning. Bindningen är lätt att analysera eftersom väteatomerna bara har en proton och en elektron vardera. Elektronerna finns i väteatomens enda elektronskal, som har plats för två elektroner.
Eftersom väteatomerna är identiska kan ingen av dem ta elektronen från den andra för att slutföra sitt elektronskal och bilda en jonbindning. Som ett resultat delar de två väteatomerna de två elektronerna i en kovalent bindning. Elektronerna tillbringar större delen av sin tid mellan de positivt laddade vätekärnorna och lockar dem båda till den negativa laddningen hos de två elektronerna.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Molekyler av vätgas består av två väteatomer i en kovalent bindning. Väteatomer bildar också kovalenta bindningar i andra föreningar, såsom i vatten med en syreatom och i kolväten med kolatomer. När det gäller vatten kan de kovalent bundna väteatomerna bilda ytterligare intermolekylära vätebindningar som är svagare än de kovalenta molekylära bindningarna. Dessa bindningar ger vatten några av dess fysiska egenskaper.
Kovalenta bindningar i vatten
Väteatomerna i H2O vattenmolekyl bildar samma typ av kovalent bindning som i vätgas men med syreatomen. Syreatomen har sex elektroner i sitt yttersta elektronskal, som har plats för åtta elektroner. För att fylla sitt skal delar syreatomen de två elektronerna av de två väteatomerna i en kovalent bindning.
Förutom den kovalenta bindningen bildar vattenmolekylen ytterligare intermolekylära bindningar med andra vattenmolekyler. Vattenmolekylen är en polär dipol, vilket innebär att ena änden av molekylen, syreänden, laddas negativt och den andra änden med de två väteatomerna har en positiv laddning. Den negativt laddade syreatomen i en molekyl lockar en av de positivt laddade väteatomerna i en annan molekyl och bildar en dipol-dipolvätebindning. Denna bindning är svagare än den kovalenta molekylära bindningen, men den håller samman vattenmolekylerna. Dessa intermolekylära krafter ger vattenspecifika egenskaper såsom hög ytspänning och en relativt hög kokpunkt för molekylens vikt.
Kovalenta bindningar med kol och väte
Kol har fyra elektroner i sitt yttersta elektronskal, som har plats för åtta elektroner. Som ett resultat, i en konfiguration, delar kol fyra elektroner med fyra väteatomer för att fylla dess skal i en kovalent bindning. Den resulterande föreningen är CH4, metan.
Medan metan med sina fyra kovalenta bindningar är en stabil förening kan kol komma in i andra bindningskonfigurationer med väte och andra kolatomer. De fyra yttre elektronkonfigurationerna gör att kol kan skapa molekyler som utgör grunden för många komplexa föreningar. Alla sådana bindningar är kovalenta bindningar, men de tillåter kol stor flexibilitet i dess bindningsbeteende.
Kovalenta obligationer i kolkedjor
När kolatomer bildar kovalenta bindningar med färre än fyra väteatomer, lämnas extra bindningselektroner kvar i kolatomens yttre skal. Till exempel kan två kolatomer som bildar kovalenta bindningar med tre väteatomer var och en bilda en kovalent bindning med varandra och dela sina enda kvarvarande bindningselektroner. Den föreningen är etan, C2H6.
På samma sätt kan två kolatomer bindas med två väteatomer vardera och bilda en dubbel kovalent bindning med varandra och dela sina fyra kvarvarande elektroner mellan sig. Denna förening är eten, C2H4. I acetylen, C2H2, bildar de två kolatomerna en trippel kovalent bindning och en enkelbindning med var och en av de två väteatomerna. I dessa fall är det bara två kolatomer som är inblandade, men de två kolatomerna kan enkelt upprätthålla endast enskilda bindningar med varandra och använda resten för att binda med ytterligare kolatomer.
Propan, C3H8, har en kedja med tre kolatomer med enstaka kovalenta bindningar mellan sig. De två ändkolatomerna har en enda bindning med den mellersta kolatomen och tre kovalenta bindningar med tre väteatomer vardera. Den mellersta kolatomen har bindningar med de andra två kolatomerna och två väteatomer. En sådan kedja kan vara mycket längre och är grunden för många av de komplexa organiska kolföreningarna som finns i naturen, alla baserade på samma typ av kovalent bindning som förenar två väteatomer.