Une liaison covalente est une liaison chimique entre deux atomes non métalliques. Un exemple est l’eau, où l’hydrogène (H) et l’oxygène (O) se lient ensemble pour faire (H2O). Une coquille extérieure complète compte généralement huit électrons, ou deux dans le cas de l’hydrogène ou de l’hélium. Les électrons de valence sont les électrons retenus de manière relativement lâche dans l’enveloppe extérieure de l’atome. La structure des coquilles électroniques est déterminée par la mécanique quantique.)
Le nombre d’électrons dans un atome est décidé par le nombre de protons dans l’atome. Les électrons orbitent autour des noyaux atomiques, et ils sont comme des trajectoires orbitales floues autour d’un noyau atomique. La première couche contient jusqu’à deux électrons. Les couches suivantes en contiennent généralement jusqu’à huit. Les liaisons covalentes sont formées par des atomes partageant des électrons de valence.
Si par exemple, un atome avait neuf électrons, les deux premiers orbitent très près du noyau, les sept suivants un peu plus loin. Les sept électrons extérieurs sont moins serrés que les deux électrons intérieurs car ils sont plus éloignés du noyau chargé positivement. Si cet atome se rapproche d’un autre atome, dont l’enveloppe extérieure contient un électron peu contraignant, une nouvelle orbitale sera disponible pour l’électron peu contraignant. Cette nouvelle orbitale électronique est liée aux deux noyaux atomiques et possède un niveau d’énergie inférieur à celui de l’orbitale électronique initiale. L’électron peut y sauter spontanément et émettre un photon avec l’énergie excédentaire. Nous avons maintenant un électron en orbite autour des deux atomes, ce qui fait que l’atome qui a fourni l’électron a une petite charge positive nette et que l’autre atome a une petite charge négative nette. Les deux atomes sont maintenant maintenus ensemble par la force électromagnétique d’attraction entre les charges positives et négatives. C’est ce qu’on appelle une liaison covalente. Pour rompre cette liaison, il faut la même quantité d’énergie que celle libérée lors de sa formation.
Une molécule d’eau est constituée d’un atome d’oxygène et de deux atomes d’hydrogène maintenus ensemble par une liaison covalente. Dans ce cas, l’atome d’oxygène partage un électron avec chaque atome d’hydrogène. Cela signifie que les atomes d’oxygène ont une petite charge positive nette et que l’atome d’hydrogène a une petite charge négative nette. Par conséquent, les atomes d’oxygène et d’hydrogène sont attirés l’un vers l’autre par la force électromagnétique. Pour cette raison, la molécule d’eau est une molécule polaire : sa charge n’est pas uniformément répartie.