Figura arată cum se formează o legătură covalentă, pe exemplul moleculei de apă ($\ce{H2O}$). Legătura covalentă este al doilea tip de legătură chimică din manual, după cea ionică, și se formează când doi atomi pun în comun unul sau mai mulți electroni. Desenul se citește de la stânga la dreapta: în stânga sunt trei atomi separați, doi de hidrogen ($\ce{H}$) și unul de oxigen ($\ce{O}$), iar săgeata marcată „Apă” duce la molecula pe care o formează împreună, în dreapta.

Atomii sunt desenați după modelul din Figura 2.1. În centru se află nucleul, în care este notat câți protoni (P) și câți neutroni (N) conține. Cercurile din jurul lui sunt straturile pe care se învârt electronii, iar electronii sunt punctele mici de pe aceste cercuri.

În stânga: atomii înainte de legătură

• Atomul de hidrogen are în nucleu un singur proton (notat „1P”) și un singur electron pe unicul său strat. Stratul hidrogenului este complet cu doi electroni, așa că fiecăruia dintre cei doi atomi de hidrogen îi lipsește un electron.
• Atomul de oxigen are în nucleu 8 protoni și 8 neutroni (notați „8P” și „8N”), iar în jur 8 electroni, așezați pe două straturi: 2 pe cel intern și 6 pe cel extern. Stratul extern este complet cu opt electroni, deci oxigenului îi lipsesc doi.

Atomii sunt cei mai stabili atunci când pe stratul lor extern se află un număr complet de electroni. Legătura din figură le permite tuturor celor trei să ajungă în această stare.

Săgețile „Schimb de electroni”

Pentru a se lega, atomii trebuie să se apropie destul de mult încât straturile lor electronice să se suprapună. Săgețile curbe pornesc de la electronul fiecărui hidrogen și ajung la stratul extern al oxigenului. Cu toate că eticheta vorbește despre un schimb, hidrogenul nu îi cedează oxigenului electronul, ci îl pune în comun cu el: electronul hidrogenului formează o pereche cu unul dintre electronii oxigenului, iar perechea le aparține amândurora. Aici stă diferența față de legătura ionică din Figura 2.2, unde săgeata poartă eticheta „Transfer de electroni”: acolo electronul trece de la sodiu la clor, iar atomii devin ioni.

În dreapta: molecula de apă

Cercurile celor doi atomi de hidrogen se suprapun acum peste stratul extern al oxigenului. Electronii puși în comun sunt desenați exact în punctele în care cercurile se intersectează, adică pe ambele straturi în același timp. Dacă îi numeri, pe cercul fiecărui hidrogen sunt acum doi electroni, iar pe stratul extern al oxigenului sunt opt: cei 6 proprii și câte unul adus de fiecare hidrogen. Stratul extern al fiecărui atom s-a completat, exact cum spune legenda figurii, iar stratul intern al oxigenului, cu cei 2 electroni ai săi, a rămas neschimbat.

Între oxigen și fiecare hidrogen se împarte o singură pereche de electroni, așa că molecula de apă are două legături simple. Când între doi atomi se împart două perechi, legătura este dublă.

Pentru că este alcătuită din două tipuri de atomi, apa este un compus. Masa ei moleculară, 18, se poate calcula chiar din desen: oxigenul contribuie cu 16 (8 protoni și 8 neutroni), iar fiecare hidrogen cu 1 (un singur proton).

Cele trei tipuri de legături chimice

Manualul le rezumă în Tabelul 2.2:

• Ionică: atracția între ioni cu sarcini opuse. Este puternică (exemplu: clorura de sodiu).
• Covalentă: punerea în comun a perechilor de electroni între atomi. Este tot puternică (exemplu: legătura carbon-carbon).
• De hidrogen: atracții între părți ușor pozitive și părți ușor negative ale moleculelor. Este slabă (exemplu: coeziunea apei).

Legăturile covalente din figură țin laolaltă atomii unei molecule de apă, iar legăturile de hidrogen țin împreună moleculele de apă între ele. Tot prin legături covalente se formează și molecula de metan ($\ce{CH4}$), în care carbonul își împarte electronii cu patru atomi de hidrogen. Carbonul are doar patru electroni pe stratul extern, așa că se poate combina cu alți patru atomi sau grupuri de atomi și participă la o multitudine de legături covalente.