I legami covalenti sono il tipo più forte di legame chimico e vengono creati tra atomi con elettronegatività simile. In generale, l’elettronegatività aumenta verso destra della tavola periodica e diminuisce lungo la tavola. L’elettronegatività non è una proprietà atomica, ma emerge quando gli atomi interagiscono tra loro.
Secondo la moderna teoria atomica, gli atomi hanno elettroni che li circondano in gusci chiamati orbitali. Ogni orbitale ha un numero massimo di elettroni e ogni atomo “vuole” massimizzare i suoi elettroni in ciascun orbitale. I gas nobili sono gli elementi più stabili perché i loro orbitali elettronici portano tutti il numero massimo di elettroni. Non sono in grado di formare legami covalenti.
Quando due o più atomi hanno un’elettronegatività simile, le condizioni sono mature per il legame covalente. Gli orbitali elettronici di entrambi gli atomi cercano un numero simile di altri elettroni per massimizzare i loro gusci elettronici. Quando gli atomi vengono messi insieme, i loro gusci elettronici si mescolano e creano qualcosa chiamato “orbitali molecolari”, in cui gli elettroni vagano liberamente tra entrambi gli atomi e orbitano attorno ai nuclei di entrambi. Ciò rende i materiali legati in modo covalente, come il diamante e molti metalli, abbastanza conduttivi. Al contrario, i legami ionici, come il tipo di legami che tengono insieme il cloruro di sodio (sale), gli elettroni rimangono nei rispettivi atomi e di conseguenza la struttura molecolare complessiva è più debole.
I legami covalenti non sono comuni all’interno dei processi della vita perché ci vuole troppa energia per romperli, rendendoli troppo difficili da lavorare. A seconda del numero di coppie di elettroni condivise, il legame è caratterizzato come singolo, doppio, triplo e così via. Alcuni dei metalli con i punti di fusione più alti, molibdeno e renio, hanno legami quadrupli. I legami quintuple e sestuplo sono piuttosto rari e ci sono buone ragioni per credere che nulla nella tavola periodica possa andare oltre un legame sestuplo.
Come affermato in precedenza, il covalente è il tipo più forte possibile di legame chimico. Altri legami chimici includono legami ionici, legami idrogeno e la forza di van der Waals. Esistono molti altri tipi di obbligazioni rare ed esotiche, ma queste quattro sono di gran lunga le più comuni.