| | معلم -
چگونگي تشكيل پيوندهاي كوالانسي
در واكنش بين فلزات و نافلزات، اتمهاي فلزي به از دست دادن الكترون و اتمهاي نافلزي به جذب الكترون گرايش دارند. در نتيجه، در اين واكنشها، الكترونها از اتمي به اتم ديگر منتقل مي‌شوند و تركيبات يوني به وجود مي‌آيد.
وقتي اتمهاي نافلزات بر هم اثر مي‌كنند، انتقال الكتروني از اتمي به اتم ديگر رخ نمي‌دهد، زيرا توانايي جذب الكترون دو اتم، مشابه (و هرگاه هر دو اتم از يك عنصر باشند، يكسان) است. به اين ترتيب به جاي انتقال، الكترونها بين دو اتم قرار مي‌گيرند و به اشتراك گذارده مي‌شوند.
آنچه اتمهاي يك مولكول را به هم نگه مي‌دارد، پيوند كوالانسي است، كه در آن دو اتم، در الكترونهاي پيوندي، شريكند. پيوند يگانه كوالانسي، متشكل از يك جفت الكترون (داراي اسپين مخالف) است، كه اوربيتالي از هر دو اتم پيوند شده را اشغال مي‌كند.
براي مثال، پيوندي را كه بين دو اتم هيدروژن تشكيل مي‌شود در نظر بگيريد. هر اتم تنهاي هيدروژن، تك الكتروني دارد كه در يك اوربيتال 
به طور متقارن دور هسته آن توزيع شده است. وقتي دو اتم هيدروژن يك پيوند كوالانسي تشكيل مي‌دهند، دو اوربيتال اتمي به نحوي همپوشاني مي‌كنند كه ابرهاي الكتروني، در ناحيه بين دو هسته، يكديگر را تقويت مي‌كنند و احتمال يافتن الكترون در اين ناحيه افزايش مي‌يابد. طبق اصل طرد پائولي دو الكترون اين پيوند بايد اسپين مخالف داشته باشند. استحكام پيوند كوالانسي ناشي از جاذبه متقابل دو هسته مثبت و ابر منفي الكترونهاي پيوندي است.
به طور متقارن دور هسته آن توزيع شده است. وقتي دو اتم هيدروژن يك پيوند كوالانسي تشكيل مي‌دهند، دو اوربيتال اتمي به نحوي همپوشاني مي‌كنند كه ابرهاي الكتروني، در ناحيه بين دو هسته، يكديگر را تقويت مي‌كنند و احتمال يافتن الكترون در اين ناحيه افزايش مي‌يابد. طبق اصل طرد پائولي دو الكترون اين پيوند بايد اسپين مخالف داشته باشند. استحكام پيوند كوالانسي ناشي از جاذبه متقابل دو هسته مثبت و ابر منفي الكترونهاي پيوندي است.
مولكول هيدروژن را مي‌توان با نماد 
يا
نشان داد. در ساختار اول، جفت الكترون مشترك با دو نقطه و در ساختار دوم با يك خط كوتاه نشان داده شده است. اين جفت الكترون پيوندي متعلق به كل مولكول هيدروژن است، ولي مي‌توان تصور كرد كه هر اتم هيدروژن، با دارا شدن دو الكترون (در تراز
)، آرايش الكتروني پايدار گاز نجيب هليم را پيدا كرده است. به عبارت ديگر، الكترونهاي پيوندي دو بار به حساب مي‌آيند، براي هر يك از اتمهاي پيونددار شده يكبار.
يانشان داد. در ساختار اول، جفت الكترون مشترك با دو نقطه و در ساختار دوم با يك خط كوتاه نشان داده شده است. اين جفت الكترون پيوندي متعلق به كل مولكول هيدروژن است، ولي مي‌توان تصور كرد كه هر اتم هيدروژن، با دارا شدن دو الكترون (در تراز)، آرايش الكتروني پايدار گاز نجيب هليم را پيدا كرده است. به عبارت ديگر، الكترونهاي پيوندي دو بار به حساب مي‌آيند، براي هر يك از اتمهاي پيونددار شده يكبار.فرمول هيدروژن،
، نماينده يك واحد مستقل و مجزا موسوم به مولكول است و گاز هيدروژن متشكل از مجموعه‌اي از اين مولكولهاست. در تركيبات كاملاً يوني، مولكول وجود ندارد. فرمول سديم كلريد، 
است كه نشان‌دهنده ساده‌ترين نسبت كاتيونهاي سديم و آنيونهاي كلريد در بلور سديم كلريد است (نسبت 1 به 1). فرمولهايي از قبيل
يا
، نادرستند، زيرا چنين واحدهاي مستقل و مجزايي (چنين مولكولهايي) در بلور سديم كلريد وجود ندارند و اين فرمولها ساده‌ترين نسبت يوني را نيز بيان نمي‌كنند. اما براي مواد كوالانسي فرمولهايي مثل
مي‌تواند درست باشد. اين فرمول نشانه واحدي مستقل و مجزا (مولكول) است كه دو اتم هيدروژن و دو اتم اكسيژن دارد.
، نماينده يك واحد مستقل و مجزا موسوم به مولكول است و گاز هيدروژن متشكل از مجموعه‌اي از اين مولكولهاست. در تركيبات كاملاً يوني، مولكول وجود ندارد. فرمول سديم كلريد، است كه نشان‌دهنده ساده‌ترين نسبت كاتيونهاي سديم و آنيونهاي كلريد در بلور سديم كلريد است (نسبت 1 به 1). فرمولهايي از قبيل يا، نادرستند، زيرا چنين واحدهاي مستقل و مجزايي (چنين مولكولهايي) در بلور سديم كلريد وجود ندارند و اين فرمولها ساده‌ترين نسبت يوني را نيز بيان نمي‌كنند. اما براي مواد كوالانسي فرمولهايي مثل مي‌تواند درست باشد. اين فرمول نشانه واحدي مستقل و مجزا (مولكول) است كه دو اتم هيدروژن و دو اتم اكسيژن دارد.ساختار مولكولها را، اغلب مي‌توان با استفاده از نماد عناصر به همراه نقطه‌هايي كه نماينده الكترونهاي والانس هستند، نشان داد. اين فرمولهاي الكترون- نقطه‌اي را ساختار والانس پيوندي يا ساختار لوئيس مي‌نامند.
اين نامگذاري به افتخار گيلبرت. ن. لوئيس، كه اين نظريه پيوند كوالانسي را در سال 1916 مطرح كرد انجام گرفته است. نظريه لوئيس تأكيد مي‌كند كه اتمها براي رسيدن به آرايش الكتروني گازهاي نجيب، پيوند كوالانسي تشكيل داده، مولكولها را بوجود مي‌آورند. براي بيشتر اتمها معني اين گفته رسيدن به آرايش هشتايي است، ولي براي هيدروژن آرايش دو الكتروني هليم پايدار است.
مولكول، هيدروژن دو اتمي است. برخي عناصر ديگر نيز به صورت مولكول دو اتمي وجود دارند. هر اتم هالوژن (عنصر گروه 
) هفت الكترون والانس دارد. با تشكيل يك پيوند ساده كوالانسي بين دو تا از اين اتمها، هر اتم به آرايش الكتروني هشتايي، كه ويژه گازهاي نجيب است، مي‌رسد. مثلاً در مورد فلوئور،
) هفت الكترون والانس دارد. با تشكيل يك پيوند ساده كوالانسي بين دو تا از اين اتمها، هر اتم به آرايش الكتروني هشتايي، كه ويژه گازهاي نجيب است، مي‌رسد. مثلاً در مورد فلوئور،
تنها يك جفت الكتروني كه بين دو اتم قرار گرفته است در دو اتم مشترك است و پيوند كوالانسي را تشكيل مي‌دهد. توجه كنيد كه در محاسبه هشتايي هر اتم، الكترونهاي پيوندي دوبار به حساب مي‌آيند، براي هر اتم يكبار.
اغلب مي‌توان تعداد پيوندهاي جفت الكتروني را كه يك اتم در يك مولكول بوجود مي‌آورد از تعداد الكترونهاي مورد نياز براي پر شدن پوسته والانس آن اتم، پيش‌بيني كرد. چون براي نافلزات، شماره گروه در جدول با تعداد الكترونهاي والانس برابر است، مي‌توان پيش‌بيني كرد كه عناصر گروه مثل 
(با هفت الكترون والانس)، براي رسيدن به هشتايي پايدار يك پيوند كوالانسي؛ عناصر 
مثل 
و 
(با شش الكترون والانس) دو پيوند كوالانسي، عناصر 
مثل 
و 
(با پنج الكترون والانس) سه پيوند كوالانسي و عناصر 
مثل 
(با چهار الكترون والانس) چهار پيوند كوالانسي بوجود خواهند آورد. تركيبات هيدروژندار زير را در نظر بگيريد:
مثل (با هفت الكترون والانس)، براي رسيدن به هشتايي پايدار يك پيوند كوالانسي؛ عناصر مثل و (با شش الكترون والانس) دو پيوند كوالانسي، عناصر مثل و (با پنج الكترون والانس) سه پيوند كوالانسي و عناصر مثل (با چهار الكترون والانس) چهار پيوند كوالانسي بوجود خواهند آورد. تركيبات هيدروژندار زير را در نظر بگيريد:
دقت كنيد كه در اين مولكولها، هر اتم هيدروژن را مي‌توان داراي پوسته كامل و بقيه اتمها را داراي ساختار هشتايي گاز نجيب دانست.
كامل و بقيه اتمها را داراي ساختار هشتايي گاز نجيب دانست.بررسي پيوند كوالانسي از ديدگاه مكانيك موجي
بررسي جزئيات ماهيت پيوند كوالانسي اتم كار مشكلي است. از اين رو، همواره توصيف ساده و مفيدي از آن مورد نظر مي‌باشد. اين توصيف ساده، از ديدگاه مكانيك موجي همان همپوشاني اوربيتالهاي اتمي است كه اساس تشكيل و معيار قدرت پيوند كوالانسي محسوب مي‌شود. همپوشاني اوربيتالهاي (در هم رفتن ابر الكتروني) دو اتم كه ضمن نزديك شدن آنها صورت مي‌گيرد، موجب مي‌شود تا دانسيته الكتروني در فضاي بين هسته دو اتم افزايش يابد. اين عمل ميزان نيروهاي جاذبه الكتريكي سيستم (نيروهاي جاذبه بين هسته يك اتم و الكترونهاي اتم ديگر) را افزايش داده و آن را بر نيروهاي دافعه الكتريكي سيستم (نيروهاي دافعه بين هسته‌ها و نيروهاي دافعه بين الكترونهاي لايه ظرفيت دو اتم) غلبه مي‌دهد. در نتيجه، جاذبه‌اي بين دو اتم بوجود مي‌آيد كه آنها را به يكديگر اتصال مي‌دهد. به بياني ديگر، بين آنها پيوند كوالانسي برقرار مي‌شود.
اولين نظريه در مورد بررسي چگونگي تشكيل پيوند كوالانسي بين دو اتم، براساس مدل موجي اتم، در سال 1927 توسط هايتلر و لاندن، در مورد پيوند در مولكول هيدروژن ارائه شد كه به صورت زيربناي مفيدي براي بحث و بررسي در مورد پيوند در مولكولهاي ديگر مورد استفاده قرار گرفت.
نظريه پيوند ظرفيت (V . B . T)
اين نظريه به منظور بسط و تعميم نظريه هايتلر- لاندن و نيز توجيه خصلت جهت‌دار بودن پيوندهاي كوالانسي، توسط پائولينگ و اسليتر در سال 1931 ارائه شد و بر پايه دو فرض اساسي، يعني، حالت والانس (حالت برانگيخته) اتم و هيبريداسيون اوربيتالهاي لايه ظرفيت اتم مركزي استوار است و اهميت آن در پيشگويي شكل هندسي مولكولها و يونها است.
براساس اين نظريه، تركيبات پايدار، از پرشدن تمام اوربيتالهاي پيوندي يا غيرپيوندي لايه ظرفيت اتمها حاصل مي‌شوند و يك تركيب موقعي بالاترين پايداري خود را بدست مي‌آورد كه اتم مركزي آن به بالاترين عدد كوئورديناسيون (بالاترين تعداد پيوند كوالانسي) خود برسد. شكل مولكول يا يون عمدتاً با توجه به خصلت جهت‌دار بودن اوربيتالهاي اتمي قابل پيشگويي است. هر پيوند كوالانسي را بر اثر همپوشاني دو اوربيتال اتمي و تشكيل اوربيتال مولكولي پيوندي كه دو الكترون پيوندي براساس اصل طرد پائولي با اسپينهاي ناهمسو در آن قرار مي‌گيرند (تا دافعه بين آنها به حداقل برسد)، بين دو اتم برقرار مي‌شود. اوربيتالهاي مولكولي، از نظر عدد كوآنتومي، مفهوم فيزيكي تابع موج، احتمال و غيره، تفاوت اساسي با اوربيتالهاي اتمي تشكيل‌‌دهنده خود ندارند و انرژي آنها برابر مجموع انرژي الكترونهاي پيوندي است. مهمترين تفاوت اوربيتالهاي اتمي و مولكولي در اين است كه گسترش طولي اوربيتالهاي مولكولي بيشتر است و الكترونها در آن تحت جاذبه هر دو هسته قرار دارد.
شیمی 
