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Dans une molécule d'hydrogène (H₂), deux atomes d'hydrogène sont reliés par une liaison covalente classique. Chaque atome d'hydrogène contient un seul proton et un seul électron, et sa couche la plus externe peut accueillir deux électrons. Parce que les atomes sont identiques, aucun des deux ne peut donner son seul électron à l’autre; au lieu de cela, ils partagent les deux électrons, créant une liaison stable et non ionique.
L'hydrogène gazeux est constitué de molécules H₂ dans lesquelles les deux atomes d'hydrogène partagent des électrons dans une liaison covalente. L'hydrogène forme également des liaisons covalentes dans l'eau (H₂O) et dans les hydrocarbures. Dans l'eau, les hydrogènes liés de manière covalente peuvent établir des liaisons hydrogène intermoléculaires plus faibles, qui confèrent à l'eau ses propriétés physiques uniques.
Les atomes d'hydrogène dans H₂O partagent chacun une paire d'électrons avec l'atome d'oxygène, qui possède six électrons de valence et une couche pouvant en contenir huit. Ce partage complète l'octet de l'oxygène et crée les liaisons covalentes O-H qui définissent la molécule d'eau.
Au-delà des liaisons covalentes, les molécules d’eau interagissent via des liaisons hydrogène dipôle-dipôle. La polarité de la molécule – négative du côté oxygène et positive du côté hydrogène – permet à l’oxygène d’une eau d’attirer l’hydrogène d’une molécule voisine. Ces forces intermoléculaires, bien que plus faibles que les liaisons covalentes, confèrent à l'eau une tension superficielle élevée et un point d'ébullition relativement élevé pour son poids moléculaire.
La coque externe du carbone contient quatre électrons de valence et peut en contenir huit. Dans le méthane (CH₄), le carbone partage un électron avec chacun des quatre hydrogènes, remplissant sa coquille et formant quatre liaisons covalentes stables. Cet arrangement simple illustre la polyvalence du carbone, car il peut former une grande variété de molécules organiques en se combinant avec d'autres carbones et hétéroatomes.
Lorsque les atomes de carbone forment moins de quatre liaisons C – H, les électrons de valence restants sont partagés entre les carbones. Par exemple :
L'extension de ces chaînes produit des hydrocarbures plus longs tels que le propane (C₃H₈), où une séquence linéaire de trois carbones est liée par des liaisons simples, chaque carbone étant également lié au nombre approprié d'hydrogènes. Ce modèle sous-tend la grande diversité de la chimie organique.
