Quando due atomi condividono elettroni per completare i loro gusci di valenza creano un legame covalente. L’elettronegatività di un atomo, la forza con cui gli elettroni condivisi vengono tirati verso un atomo, determina il modo in cui gli elettroni sono condivisi. Le molecole formate da legami covalenti possono essere polari o non polari. Gli atomi con simile elettronegatività formano legami covalenti non polari; gli elettroni sono equamente condivisi. Gli atomi con diversa elettronegatività condividono gli elettroni in modo ineguale, creando legami polari.
Il numero di legami covalenti che un atomo può formare è dettato dal numero di elettroni di valenza che ha. L’ossigeno, per esempio, ha sei degli otto possibili elettroni di valenza, il che significa che ogni atomo di ossigeno ha bisogno di due elettroni in più per diventare stabile. L’ossigeno può formare singoli legami con altri due atomi, come fa quando forma l’acqua con due atomi di idrogeno (formula chimica H2O). L’ossigeno può anche formare un doppio legame con un altro atomo che ha anche bisogno di altri due elettroni per completare il suo ottetto (ad esempio, un altro atomo di ossigeno). Il carbonio ha quattro elettroni di valenza e quindi può formare quattro legami covalenti, come fa nel metano (CH4).
Quando viene fatto un legame covalente, entrambi gli atomi condividono una coppia di elettroni in un orbitale ibrido che differisce per forma da un normale orbitale. Gli elettroni che partecipano al legame orbitano quindi in un percorso modificato intorno ai nuclei di entrambi gli atomi. I legami covalenti sono forti e, una volta formati, non possono essere spezzati dalle forze fisiche.
L’elettronegatività è la tendenza di un atomo ad attirare gli elettroni in un legame. L’atomo più elettronegativo è il fluoro. Partendo dal fluoro nell’angolo in alto a destra della tavola periodica (omettendo i gas nobili nella colonna più a destra), l’elettronegatività degli atomi tende a diminuire con il movimento diagonale verso sinistra lungo la tavola periodica, in modo tale che gli atomi con le elettronegatività più basse si trovino nell’angolo in basso a sinistra (ad esempio, francium o P). Se gli atomi hanno elettronegatività estremamente diverse, probabilmente formeranno ioni invece di legami covalenti. Tuttavia, per gli atomi che formano legami covalenti tra loro, i loro valori di elettronegatività determinano se il legame sarà polare o non polare.
Un legame non polare è un legame in cui gli elettroni sono condivisi equamente, e non c’è carica attraverso la molecola. Un legame polare, al contrario, si verifica quando un atomo è più elettronegativo di un altro e tira gli elettroni verso di esso. I legami polari hanno una carica negativa parziale su un lato e una carica positiva parziale dall’altro, il che è importante perché fa sì che le molecole polari si comportino in modo diverso rispetto a quelle non polari.
Le molecole polari sono idrofile perché le loro cariche parziali le attraggono ad altre molecole cariche, il che significa anche che sono solubili in acqua. Le molecole non polari, quelle che contengono lunghe distese di idrocarburi, come i grassi, sono dette idrofobiche. A differenza delle molecole polari, le molecole non polari non si dissolveranno in acqua. Le cellule sono spesso circondate da fluidi e hanno citoplasmi che contengono acqua. Così, il modo in cui una molecola interagisce con l’acqua e altre molecole cariche influisce sul modo in cui viene trasportata e utilizzata dalle cellule.
