Un legame covalente è un legame chimico tra due atomi non metallici. Un esempio è l’acqua, dove l’idrogeno (H) e l’ossigeno (O) si legano insieme per fare (H2O). Un guscio esterno completo ha di solito otto elettroni, o due nel caso dell’idrogeno o dell’elio. Gli elettroni di valenza sono gli elettroni tenuti relativamente liberi nel guscio esterno dell’atomo. La struttura dei gusci di elettroni è determinata dalla meccanica quantistica.)
Il numero di elettroni in un atomo è determinato dal numero di protoni nell’atomo. Gli elettroni orbitano attorno ai nuclei atomici, e sono come degli orbitali sfocati attorno al nucleo atomico. Il primo strato ha fino a due elettroni. Gli strati successivi di solito ne contengono fino a otto. I legami covalenti sono formati da atomi che condividono gli elettroni di valenza.
Se per esempio, un atomo avesse nove elettroni, i primi due orbitano molto vicino al nucleo, i successivi sette orbitano un po’ più lontano. I sette elettroni esterni sono meno stretti dei due elettroni interni perché sono più lontani dal nucleo carico positivamente. Se questo atomo si avvicina ad un altro atomo, con un elettrone poco legato nel suo guscio esterno, un nuovo orbitale diventerà disponibile per l’elettrone poco legato. Questo nuovo orbitale dell’elettrone è legato a entrambi i nuclei atomici e ha un livello di energia più basso dell’orbitale dell’elettrone originale. L’elettrone può spontaneamente saltare verso di esso ed emettere un fotone con l’energia in eccesso. Ora abbiamo un elettrone che orbita intorno a entrambi gli atomi, il che fa sì che l’atomo che ha fornito l’elettrone abbia una piccola carica netta positiva e l’altro atomo abbia una piccola carica netta negativa. I due atomi sono ora tenuti insieme dalla forza elettromagnetica di attrazione tra cariche positive e negative. Questo è chiamato un legame covalente. Per rompere questo legame occorre la stessa quantità di energia che è stata rilasciata quando si è formato.
Una molecola d’acqua consiste in un atomo di ossigeno e due atomi di idrogeno tenuti insieme da un legame covalente. In questo caso l’atomo di ossigeno condivide un elettrone con ogni atomo di idrogeno. Ciò significa che l’atomo di ossigeno ha una piccola carica positiva netta e l’atomo di idrogeno ha una piccola carica negativa netta. Di conseguenza, gli atomi di ossigeno e di idrogeno sono attratti l’uno verso l’altro a causa della forza elettromagnetica. Per questo motivo la molecola d’acqua è una molecola polare: la sua carica non è distribuita uniformemente.