Quando dois átomos compartilham eletrões para completar as suas camadas de valência eles criam uma ligação covalente. A eletronegatividade de um átomo—a força com a qual os eletrões compartilhados são puxados na direção de um átomo—determina como os eletrões são compartilhados. Moléculas formadas com ligações covalentes podem ser polares ou não polares. Átomos com eletronegatividades semelhantes formam ligações covalentes não polares; os eletrões são compartilhados igualmente. Átomos com diferentes eletronegatividades compartilham eletrões de forma desigual, criando ligações polares.
O número de ligações covalentes que um átomo pode formar é ditado por quantos eletrões de valência ele tem. O oxigénio, por exemplo, tem seis de oito eletrões de valência possíveis, o que significa que cada átomo de oxigénio precisa de mais dois eletrões para se tornar estável. O oxigénio pode formar ligações únicas com dois outros átomos, como acontece quando forma água com dois átomos de hidrogénio (fórmula química H2O). O oxigénio também pode formar uma ligação dupla com apenas um outro átomo que também precise de mais dois eletrões para completar seu octeto (por exemplo, outro átomo de oxigénio). O carbono tem quatro eletrões de valência e, portanto, pode formar quatro ligações covalentes, como faz no metano (CH4).
Quando uma ligação covalente é feita, ambos os átomos compartilham um par de eletrões em uma orbital híbrida cuja forma difere da de uma orbital normal. Os eletrões que participam da ligação orbitam assim em um caminho modificado em volta dos núcleos de ambos os átomos. As ligações covalentes são fortes e, uma vez formadas, não podem ser quebradas por forças físicas.
A eletronegatividade é a tendência de um átomo atrair eletrões em uma ligação. O átomo mais eletronegativo é o flúor. Começando com o flúor no canto superior direito da tabela periódica (omitindo os gases nobres na coluna mais à direita), a eletronegatividade dos átomos tende a diminuir com o movimento diagonal para a esquerda na tabela periódica, de modo que os átomos com as menores eletronegatividades estão no canto inferior esquerdo (por exemplo, o frâncio, ou Fr). Se os átomos tiverem eletronegatividades extremamente diferentes, eles provavelmente formarão iões em vez de ligações covalentes. No entanto, para átomos que formam ligações covalentes entre si, os seus valores de eletronegatividade determinam se a ligação será polar ou não polar.
Uma ligação não polar é aquela em que os eletrões são compartilhados igualmente, e não há carga através da molécula. Uma ligação polar, em contraste, ocorre quando um átomo é mais eletronegativo do que outro e puxa os eletrões em direção a ele. As ligações polares têm uma carga negativa parcial de um lado e uma carga positiva parcial do outro, o que é importante porque faz com que as moléculas polares se comportem de forma diferente das não polares.
Moléculas polares são hidrofílicas porque as suas cargas parciais as atraem para outras moléculas com carga, o que também significa que são solúveis em água. Moléculas não polares—aquelas que contêm longas porções de hidrocarbonetos, como gorduras—são consideradas hidrofóbicas. Ao contrário das moléculas polares, moléculas não polares não se dissolvem em água. As células são frequentemente rodeadas por fluidos e têm citoplasmas que contêm água. Assim, a maneira como uma molécula interage com a água e outras moléculas carregadas tem impacto na maneira como é transportada e usada pelas células.
