پیوند کووالانسی یک پیوند شیمیایی است که در آن جفت الکترون بین دو اتم به اشتراک گذاشته شود. پیوند کووالانسی پیوند مولکولی نیز نامیده می شود. نیروهای جاذبه یا دافعه بین دو اتم، زمانی که جفت الکترون یا جفت پیوند مشترک دارند، پیوند کووالانسی نامیده می شود.

کربن با داشتن چهار الکترون در لایه بیرونی خود به آن توانایی تشکیل مولکول ها و پیوندهای بیشماری را داده است. به همین دلیل است که کربن دارای عناصر و آلوتروپ های زیادی است. زیرا اتم کربن در مطلوب ترین وضعیت برای تشکیل پیوند کووالانسی قرار دارد. تعریف پیوند کووالانسی در علوم نهم بسیار کامل و جامع بیان شده است.

پیوند کووالانسی چیست؟

پیوند کووالانسی بین عناصر غیر فلزی زمانی اتفاق می افتد که جفت الکترون ها توسط اتم ها مشترک باشند. اتم ها به صورت کووالانسی با اتم های دیگر پیوند می خورند تا به نزدیک ترین پیکربندی الکترون گاز نجیب دست یابند. در اینجا وقتی عناصر الکترون های خود را به اشتراک می گذارند، مثبت یا منفی نمی شوند، زیرا نه الکترون به دست می آورند و نه از دست می دهند. بنابراین هیچ یونی با پیوند کووالانسی تشکیل نمی شود. بر اساس تعداد جفت الکترون های مشترک، سه نوع پیوند کووالانسی وجود دارد که شامل  پیوند کووالانسی تک، دوگانه و  سه گانه هستند.

انواع پیوند کووالانسی

پیوندهای یگانه

هیدروژن یک الکترون دارد بنابراین، در تشکیل یک مولکول هیدروژن کووالانسی، هر اتم هیدروژن یک پیوند واحد را تشکیل می دهد و مولکولی با فرمول H2 تولید می کند. پیوند منفرد به عنوان یک پیوند کووالانسی یا دو الکترون مشترک بین دو اتم تعریف می شود. یک مولکول می تواند چندین پیوند منفرد داشته باشد. به عنوان مثال، آب، H2O، دارای دو پیوند منفرد است، یکی بین هر اتم هیدروژن و اتم اکسیژن و دارای نمونه های اضافی از پیوندهای منفرد است.

پیوندهای دوگانه

گاهی اوقات دو پیوند کووالانسی بین دو اتم تشکیل می شود که هر اتم دو الکترون به اشتراک می گذارد، در مجموع چهار الکترون مشترک. به عنوان مثال، در تشکیل مولکول اکسیژن، هر اتم اکسیژن دو پیوند با اتم اکسیژن دیگر ایجاد می کند و مولکول O2 را تولید می کند. به طور مشابه، در دی اکسید کربن (CO2)، دو پیوند دوگانه بین کربن و هر یک از دو اتم اکسیژن تشکیل می شود.

پیوندهای سه گانه

در برخی موارد، سه پیوند کووالانسی می تواند بین دو اتم تشکیل شود. متداول ترین گاز موجود در جو، نیتروژن، از دو اتم نیتروژن ساخته شده است که توسط یک پیوند سه گانه به هم متصل شده اند. هر اتم نیتروژن قادر است سه الکترون را برای مجموع شش الکترون مشترک در مولکول N2 به اشتراک بگذارد.

پیوند کوالانسی چیست و چگونه تشکیل می شود؟

پیوندهای کووالانسی قطبی و غیر قطبی

دو نوع اصلی پیوند کووالانسی وجود دارد: قطبی و غیرقطبی. در پیوند کووالانسی قطبی، الکترون ها به طور نابرابر بین اتم ها تقسیم می شوند و زمان بیشتری را نزدیک به یک اتم نسبت به اتم دیگر می گذرانند. به دلیل توزیع نابرابر الکترون‌ها بین اتم‌های عناصر مختلف، بارهای کمی مثبت (δ+) و کمی منفی (δ–) در قسمت‌های مختلف مولکول ایجاد می‌ شوند.

به عنوان مثال در یک مولکول آب پیوندی که اکسیژن را به هر هیدروژن متصل می کند، یک پیوند قطبی است. اکسیژن یک اتم با الکترونگاتیویته بسیار بزرگتر از هیدروژن است، به این معنی که الکترون های مشترک را با شدت بیشتری جذب می کند، بنابراین اکسیژن آب دارای بار منفی جزئی (دارای چگالی الکترون بالا) است، در حالی که هیدروژن ها بارهای مثبت جزئی دارند (چگالی الکترون پایینی دارند).

به طور کلی، الکترونگاتیویته نسبی دو اتم در یک پیوند – یعنی تمایل آنها به الکترون های مشترک – قطبی یا غیرقطبی بودن پیوند کووالانسی را تعیین می کند. هرگاه یک عنصر به طور قابل توجهی الکترونگاتیوتر از دیگری باشد، پیوند بین آنها قطبی خواهد بود، به این معنی که یک سر آن دارای بار مثبت خفیف و دیگری بار منفی خفیف خواهد بود.

پیوندهای کووالانسی غیرقطبی بین دو اتم از یک عنصر یا بین اتم های عناصر مختلف که الکترون ها را کم و بیش به طور مساوی به اشتراک می گذارند، تشکیل می شود. به عنوان مثال، اکسیژن مولکولی غیرقطبی است زیرا الکترون ها به طور مساوی بین دو اتم اکسیژن به اشتراک گذاشته شده اند.

نمونه دیگری از پیوند کووالانسی غیرقطبی در متان یافت می شود. کربن در بیرونی ترین لایه خود دارای چهار الکترون است و برای دستیابی به یک اکتت پایدار به چهار الکترون دیگر نیاز دارد. با به اشتراک گذاشتن الکترون ها با چهار اتم هیدروژن که هر کدام یک الکترون واحد تولید می کنند، اینها را به دست می آورد.

متقابلاً، اتم‌های هیدروژن هر کدام به یک الکترون اضافی برای پر کردن بیرونی‌ ترین لایه‌ شان نیاز دارند که به شکل الکترون‌ های مشترک از کربن دریافت می ‌کنند. اگرچه کربن و هیدروژن دقیقا الکترونگاتیوی یکسانی ندارند، اما کاملاً مشابه هستند، بنابراین پیوندهای کربن-هیدروژن غیرقطبی در نظر گرفته می شوند.

نقش پیوند کووالانسی در یک سلول

پیوندهای قوی و ضعیف هر دو نقش کلیدی در شیمی سلول ها و بدن ما دارند. برای مثال، پیوندهای کووالانسی قوی، بلوک‌های سازنده شیمیایی را که رشته‌ای از DNA را تشکیل می ‌دهند، نگه می ‌دارند. با این حال، پیوندهای هیدروژنی ضعیف ‌تر، دو رشته مارپیچ دوگانه DNA را در کنار هم نگه می ‌دارند. این پیوندهای ضعیف DNA را پایدار نگه می دارند، اما همچنین اجازه می دهند که برای کپی و استفاده توسط سلول باز شود.

به طور کلی، پیوندهای بین یون ها، مولکول های آب و مولکول های قطبی به طور مداوم در محیط آبی سلول در حال شکل گیری و شکستن هستند. در این تنظیمات، مولکول‌ های انواع مختلف می‌ توانند از طریق جاذبه ‌های ضعیف و مبتنی بر بار با یکدیگر تعامل داشته باشند. به عنوان مثال، Na در یک لحظه با یک مولکول آب و در لحظه بعد با قسمت بار منفی یک پروتئین تعامل کند.

چیزی که واقعاً شگفت ‌انگیز است این است که فکر کنیم میلیاردها از این فعل و انفعالات پیوند شیمیایی – قوی و ضعیف، پایدار و موقت – در حال حاضر در بدن ما در حال انجام است، ما را کنار هم نگه می ‌دارد و در حال حرکت نگه می ‌دارد!