共有結合とは、金属以外の2つの原子の間の化学結合のことである。 例えば、水では水素 (H) と酸素 (O) が結合して (H2O) を作る。 外殻は通常8個、水素やヘリウムの場合は2個の電子を持ちます。 価電子とは、原子の外殻に比較的緩く保持されている電子のことである。 電子の殻の構造は量子力学によって決定される）
原子の電子数は原子の中の陽子の数で決まります。 電子は原子核の周りを公転しており、原子核の周りをファジーな軌道で回っているようなものです。 最初の層には、最大2個の電子があります。 その次の層は、通常最大8個の電子を含んでいます。 共有結合は、原子が価電子を共有することによって形成されます。
たとえば、原子が9個の電子を持っていた場合、最初の2個は原子核のすぐ近くを回り、次の7個は少し離れたところをまわります。 外側の7個の電子は、正電荷の原子核から離れているため、内側の2個の電子よりも保持力が弱くなります。 この原子が、外殻に緩く保持された電子を持つ他の原子に近づくと、緩く保持された電子に新しい軌道が利用できるようになります。 この新しい電子軌道は、両方の原子核に結合しており、元の電子軌道よりも低いエネルギー準位を持っている。 電子はそこに自発的に飛び込み、余ったエネルギーで光子を放出することができるのです。 これで、両方の原子の周りを電子が回ることになり、電子を提供した原子は正味の電荷が小さくなり、もう一方の原子は正味の電荷が小さくなります。 2つの原子は、プラスとマイナスの電荷の間の電磁気的な引力によって結合しています。 これは共有結合と呼ばれます。
水分子は、1個の酸素原子と2個の水素原子が共有結合で結合したものです。 この場合、酸素原子は各水素原子と1個の電子を共有しています。 これは、酸素原子が正味の正の電荷を少し持ち、水素原子が正味の負の電荷を少し持っていることを意味します。 その結果、酸素原子と水素原子は電磁気力によって互いに引き合う。 このため、水分子は極性分子であり、電荷が均等に分布していない。