Afbeelding:pinkomelet/iStock/GettyImages

In een waterstofmolecuul (H₂) zijn twee waterstofatomen verbonden door een klassieke covalente binding. Elk waterstofatoom bevat een enkel proton en een enkel elektron, en de buitenste schil kan twee elektronen bevatten. Omdat de atomen identiek zijn, kan geen van beide zijn enige elektron aan de ander doneren; in plaats daarvan delen ze de twee elektronen, waardoor een stabiele, niet-ionische binding ontstaat.

TL;DR

Waterstofgas bestaat uit H₂-moleculen waarbij de twee waterstofatomen elektronen delen in een covalente binding. Waterstof vormt ook covalente bindingen in water (H₂O) en in koolwaterstoffen. In water kunnen de covalent gebonden waterstofatomen zwakkere, intermoleculaire waterstofbruggen tot stand brengen, waardoor water zijn unieke fysische eigenschappen krijgt.

Covalente bindingen in water

De waterstofatomen in H₂O delen elk een elektronenpaar met het zuurstofatoom, dat zes valentie-elektronen heeft en een schil die er acht kan bevatten. Dit delen voltooit het octet van zuurstof en creëert de covalente O-H-bindingen die het watermolecuul definiëren.

Naast de covalente bindingen interageren watermoleculen via dipool-dipool waterstofbruggen. De polariteit van het molecuul – negatief aan de zuurstofkant en positief aan de waterstofkant – zorgt ervoor dat de zuurstof van het water de waterstof van een naburig molecuul kan aantrekken. Deze intermoleculaire krachten, hoewel zwakker dan covalente bindingen, geven water een hoge oppervlaktespanning en een relatief hoog kookpunt voor zijn molecuulgewicht.

Covalente koolstof-waterstofbindingen

De buitenste schil van koolstof bevat vier valentie-elektronen en kan er acht bevatten. In methaan (CH₄) deelt koolstof één elektron met elk van de vier waterstofatomen, waardoor de schil wordt gevuld en vier stabiele covalente bindingen worden gevormd. Deze eenvoudige opstelling illustreert de veelzijdigheid van koolstof, omdat het een grote verscheidenheid aan organische moleculen kan vormen door te combineren met andere koolstofatomen en heteroatomen.

Covalente bindingen in koolstofketens

Wanneer koolstofatomen minder dan vier C-H-bindingen vormen, worden de resterende valentie-elektronen gedeeld tussen koolstofatomen. Bijvoorbeeld:

• Ethaan (C₂H₆) :Twee koolstofatomen binden elk aan drie waterstofatomen en delen een enkele C-C-binding.
• Ethyleen (C₂H₄) :Twee koolstofatomen binden zich elk aan twee waterstofatomen en delen een dubbele C=C-binding.
• Acetyleen (C₂H₂) :Twee koolstofatomen binden zich elk aan één waterstofatoom en delen een drievoudige C≡C-binding.

Het verlengen van deze ketens levert langere koolwaterstoffen op, zoals propaan (C₃H₈), waarbij een lineaire reeks van drie koolstofatomen is verbonden door enkele bindingen, waarbij elke koolstof ook is gebonden aan het juiste aantal waterstofatomen. Dit patroon ligt ten grondslag aan de enorme diversiteit van de organische chemie.