De binding die twee waterstofatomen verbindt in een waterstofgasmolecuul is een klassieke covalente binding. De binding is eenvoudig te analyseren omdat de waterstofatomen slechts één proton en elk één elektron hebben. De elektronen bevinden zich in de enkele elektronenmantel van het waterstofatoom, die ruimte biedt aan twee elektronen.

Omdat de waterstofatomen identiek zijn, kan geen van beide het elektron van de andere afnemen om zijn elektronenmantel te voltooien en een ionische binding te vormen. Als resultaat delen de twee waterstofatomen de twee elektronen in een covalente binding. De elektronen brengen het grootste deel van hun tijd door tussen de positief geladen waterstofkernen en trekken ze allebei aan naar de negatieve lading van de twee elektronen.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Moleculen van waterstofgas bestaan uit twee waterstofatomen in een covalente binding. Waterstofatomen vormen ook covalente bindingen in andere verbindingen, zoals in water met een zuurstofatoom en in koolwaterstoffen met koolstofatomen. In het geval van water kunnen de covalent gebonden waterstofatomen extra intermoleculaire waterstofbindingen vormen die zwakker zijn dan de covalente moleculaire bindingen. Deze bindingen geven water enkele van zijn fysische kenmerken.
Covalente bindingen in water

De waterstofatomen in het H _{2O watermolecuul vormen dezelfde soort covalente binding als in waterstofgas maar dan met de zuurstof atoom. Het zuurstofatoom heeft zes elektronen in zijn buitenste elektronenschil, die ruimte biedt voor acht elektronen. Om zijn schaal te vullen, deelt het zuurstofatoom de twee elektronen van de twee waterstofatomen in een covalente binding.}

Naast de covalente binding vormt het watermolecuul extra intermoleculaire bindingen met andere watermoleculen. Het watermolecuul is een polaire dipool, wat betekent dat het ene uiteinde van het molecuul, het zuurstofuiteinde, negatief is geladen en het andere uiteinde met de twee waterstofatomen een positieve lading heeft. Het negatief geladen zuurstofatoom van een molecuul trekt een van de positief geladen waterstofatomen van een ander molecuul aan, waardoor een dipool-dipoolwaterstofbinding ontstaat. Deze binding is zwakker dan de covalente moleculaire binding, maar houdt de watermoleculen bij elkaar. Deze intermoleculaire krachten geven waterspecifieke kenmerken, zoals een hoge oppervlaktespanning en een relatief hoog kookpunt voor het gewicht van het molecuul.
Koolstof en waterstof Covalente bindingen

Koolstof heeft vier elektronen in zijn buitenste elektronenschil, die heeft ruimte voor acht elektronen. Dientengevolge deelt koolstof in één configuratie vier elektronen met vier waterstofatomen om zijn schil in een covalente binding te vullen. De resulterende verbinding is CH4, methaan.

Hoewel methaan met zijn vier covalente bindingen een stabiele verbinding is, kan koolstof andere bindingsconfiguraties met waterstof en andere koolstofatomen binnengaan. Dankzij de vier buitenste elektronenconfiguratie kan koolstof moleculen maken die de basis vormen van veel complexe verbindingen. Al dergelijke bindingen zijn covalente bindingen, maar ze laten koolstof een grote flexibiliteit toe in het bindingsgedrag.
Covalente bindingen in koolstofketens

Wanneer koolstofatomen covalente bindingen vormen met minder dan vier waterstofatomen, blijven extra bindingselektronen over in de buitenste schil van het koolstofatoom. Twee koolstofatomen die covalente bindingen vormen met drie waterstofatomen kunnen bijvoorbeeld elk een covalente binding met elkaar vormen, waarbij ze hun enkele resterende bindingselektronen delen. Die verbinding is ethaan, C _6.

Op dezelfde manier kunnen twee koolstofatomen zich verbinden met twee waterstofatomen elk en een dubbele covalente binding met elkaar vormen, die hun vier overgebleven elektronen daartussen delen . Die verbinding is ethyleen, C 2H 4. In acetyleen, C 2H 2 vormen de twee koolstofatomen een drievoudige covalente binding en een enkele binding met elk van de twee waterstofatomen. In deze gevallen zijn er slechts twee koolstofatomen bij betrokken, maar de twee koolstofatomen kunnen gemakkelijk slechts enkele bindingen met elkaar onderhouden en de rest gebruiken om te binden met extra koolstofatomen.

Propaan, C _{3H < sub> 8, heeft een keten van drie koolstofatomen met daartussen enkele covalente bindingen. De twee eindkoolstofatomen hebben een enkele binding met het middelste koolstofatoom en drie covalente bindingen met elk drie waterstofatomen. Het middelste koolstofatoom heeft bindingen met de andere twee koolstofatomen en twee waterstofatomen. Een dergelijke keten kan veel langer zijn en is de basis voor veel van de complexe organische koolstofverbindingen die in de natuur worden gevonden, allemaal gebaseerd op hetzelfde soort covalente binding die twee waterstofatomen verbindt.}