Kovalente Verbindungen sind Stoffe, die entstehen, wenn zwei oder mehr verschiedene Elemente durch eine kovalente Bindung verbunden werden. Eine kovalente Bindung entsteht, wenn sich zwei Nichtmetallatome ein Elektron teilen. Atome verbinden sich, um stabiler zu werden. Im Allgemeinen sind Atome stabiler, wenn sie die gleiche Menge an Elektronen haben wie das nächstgelegene Edelgas, und das bedeutet normalerweise, dass sie acht Elektronen in ihrer äußeren Hülle haben. In ionischen Bindungen wird dies dadurch erreicht, dass ein Atom mit stärkerer Elektronegativität – dem Betrag, den ein Atom auf Elektronen hat – Elektronen von denen mit geringerer Elektronegativität stiehlt. Bei kovalenten Verbindungen ist kein Atom stark genug, um die Elektronen zu stehlen, und so teilen sie sie.
Es gibt zwei Arten von kovalenten Bindungen, die kovalente Verbindungen bilden können: polare Bindungen und unpolare Bindungen. Polare Bindungen bestehen normalerweise aus verschiedenen Atomen, die sich ungleich Elektronen teilen. Dies ist oft das Ergebnis eines stärkeren elektronegativen Atoms, das die Elektronen näher anzieht als ein schwächeres Atom. Da das Elektron die meiste Zeit näher an einem Atom als am anderen verbringt, entsteht eine kovalente Verbindung mit einem teilweise negativen und einem teilweise positiven Ende.
Unpolare kovalente Bindungen werden normalerweise von zwei Atomen gebildet, die sich gleich viele Elektronen teilen. Bei dieser Art von Bindungen verbringen die Elektronen mit jedem Atom die gleiche Zeit, sodass es keine polaren Enden gibt. Ein Paradebeispiel für ein polares Molekül ist Wasser mit der chemischen Formel H2O. In diesem Fall zieht das Sauerstoffatom die Elektronen mehr an sich als die beiden Wasserstoffatome, was zu einer kovalenten Verbindung führt, die am Sauerstoffende teilweise negativ und am Wasserstoffende teilweise positiv ist. Ein Beispiel für ein unpolares Molekül ist das Methanmolekül (CH4), in dem alle Atome ihre Elektronen gleichmäßig teilen.
Im Allgemeinen haben kovalente Verbindungen einen niedrigen Schmelz- und Siedepunkt im Vergleich zu ionischen Verbindungen. Außerdem neigt eine Substanz aus kovalenten Verbindungen dazu, nicht so hart zu sein wie eine aus ionischen Verbindungen. Diese Eigenschaften resultieren aus der Leichtigkeit, mit der die Moleküle getrennt werden können. Obwohl die Atome, aus denen die Moleküle in einer kovalenten Verbindung bestehen, eng verbunden sind, können die einzelnen Moleküle, aus denen die Substanz besteht, wenig Halt aneinander haben. Eine Person kann beispielsweise Schwierigkeiten haben, Wasserstoff und Sauerstoff in einem Wassermolekül zu trennen, aber das Kochen von Wasser – die Trennung der Moleküle, sodass Wasser von einer Flüssigkeit in ein Gas umgewandelt wird – ist eine einfachere Aufgabe.
Andere Eigenschaften der meisten kovalenten Verbindungen sind ihre Unfähigkeit, sich in Wasser aufzulösen und Elektrizität in Wasser zu leiten. Schließlich neigen kovalente Verbindungen im Vergleich zu ionischen Verbindungen dazu, entzündlich zu sein. Diese Entflammbarkeit tritt auf, weil viele kovalente Bindungen dazu neigen, aus Kohlenstoff und Wasserstoff zu bestehen. Wasserstoff und Kohlenstoff können in Gegenwart von Wärme und Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser in einer Reaktion namens Verbrennung verbrennen. Wie bei all diesen Eigenschaften gibt es Ausnahmen von der Regel, beispielsweise neigen kovalente Bindungen, die keinen Kohlenstoff oder Wasserstoff enthalten, nicht zur Verbrennung.