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En una molécula de hidrógeno (H₂), dos átomos de hidrógeno están unidos mediante un enlace covalente clásico. Cada átomo de hidrógeno contiene un solo protón y un solo electrón, y su capa más externa puede albergar dos electrones. Como los átomos son idénticos, ninguno puede donar su único electrón al otro; en cambio, comparten los dos electrones, creando un enlace no iónico estable.
El gas hidrógeno está formado por moléculas de H₂ donde los dos átomos de hidrógeno comparten electrones en un enlace covalente. El hidrógeno también forma enlaces covalentes en el agua (H₂O) y en los hidrocarburos. En el agua, los hidrógenos unidos covalentemente pueden establecer enlaces de hidrógeno intermoleculares más débiles, que le dan al agua sus propiedades físicas únicas.
Cada uno de los átomos de hidrógeno en el H₂O comparte un par de electrones con el átomo de oxígeno, que tiene seis electrones de valencia y una capa que puede contener ocho. Este intercambio completa el octeto de oxígeno y crea los enlaces covalentes O-H que definen la molécula de agua.
Más allá de los enlaces covalentes, las moléculas de agua interactúan mediante enlaces de hidrógeno dipolo-dipolo. La polaridad de la molécula (negativa en el extremo del oxígeno y positiva en el extremo del hidrógeno) permite que el oxígeno del agua atraiga el hidrógeno de una molécula vecina. Estas fuerzas intermoleculares, aunque más débiles que los enlaces covalentes, le dan al agua una alta tensión superficial y un punto de ebullición relativamente alto para su peso molecular.
La capa exterior del carbono contiene cuatro electrones de valencia y puede albergar ocho. En el metano (CH₄), el carbono comparte un electrón con cada uno de los cuatro hidrógenos, llenando su capa y formando cuatro enlaces covalentes estables. Esta sencilla disposición ejemplifica la versatilidad del carbono, ya que puede formar una amplia variedad de moléculas orgánicas combinándose con otros carbonos y heteroátomos.
Cuando los átomos de carbono forman menos de cuatro enlaces C-H, los electrones de valencia restantes se comparten entre los carbonos. Por ejemplo:
Al extender estas cadenas se obtienen hidrocarburos más largos, como el propano (C₃H₈), donde una secuencia lineal de tres carbonos está unida por enlaces simples, cada carbono también unido a la cantidad apropiada de hidrógenos. Este patrón sustenta la gran diversidad de la química orgánica.
