普通化学/共价键
共价键形成分子，可以用分子式表示。对于像基本糖（C6H12O6）这样的化学物质，原子比率有一个共同的倍数，因此实验式是CH2O。请注意，具有特定实验式的分子不一定是与相同分子式相同的分子。
共价键形成于两个具有不完整八隅体（即其最外层电子层少于八个电子）的原子之间。它们可以通过共价键共享电子。最简单的例子是水（H2O）。氧有六个价电子（需要八个），而氢各有电子（需要两个）。氧与氢共享其两个电子，而氢与氧共享其电子。结果是在氧与每个氢之间形成共价键。氧具有完整的八隅体，而氢具有它们各自需要的两个电子。
当原子相互靠近时，它们的轨道会改变形状，释放能量。但是，原子相互靠近的程度有限——太靠近，原子核就会相互排斥。
可以将这种情况想象成一个球滚入山谷。它将在最低点安定下来。由于这种势能“谷”，每种类型的键都有一个特定的键长。同样，还有一种特定的能量（以千焦耳/摩尔（kJ/mol）衡量）需要用于破坏一摩尔物质中的键。更强的键具有更短的键长和更大的键能。
共价键合的一个有用模型称为价键模型。它指出，当原子为了完成其价电子层（外层电子层）而互相共享电子时，共价键就形成了。它们主要形成于非金属之间。
共价键物质的一个例子是氢气（H2）。单独的氢原子只有一个电子——它需要两个电子来完成其价电子层。当两个氢原子键合时，每个原子都与另一个原子共享其电子，使得电子绕两个原子而不是一个原子运动。现在两个原子都可以利用两个电子：它们通过单共价键连接，成为稳定的H2分子。
共价键还可以形成于其他非金属之间，例如氯。一个氯原子在其价电子层中有7个电子——它需要8个电子来完成它。两个氯原子可以共享一个电子，形成一个单共价键。它们成为Cl2分子。
氧也可以形成共价键，但是，它还需要另外两个电子来完成其价电子层（它有6个）。两个氧原子必须共享两个电子，以完成彼此的电子层，总共共享4个电子。因为共享的电子数量是原来的两倍，所以这被称为“双共价键”。双键比单键强得多，所以键长更短，键能更高。
此外，氮有5个价电子（它需要另外3个）。两个氮原子可以共享3个电子，形成一个通过“三共价键”连接的N2分子。三键比双键更强。它们具有最短的键长和最高的键能。
与趋势相反，碳不会共享四个电子形成四重键。原因是，碳中的第四对电子不能物理上足够靠近以被共享。价键模型通过考虑所涉及的轨道来解释这一点。
回想一下，电子在电子密度云（轨道）中绕原子核运动。价键模型基于这样一个原理：不同原子上的轨道必须重叠才能形成键。轨道可以重叠以形成几种不同的方式，形成几种不同的共价键。
第一个也是最简单的重叠类型是两个s轨道结合在一起。它被称为σ键（σ是“s”的希腊语等价物）。σ键也可以形成于两个p轨道之间，它们相互指向。只要看到单共价键，它就以σ键的形式存在。当两个原子通过σ键连接时，它们会被紧密地结合在一起，但它们可以像串珠一样自由旋转。
第二种同样重要的重叠类型是两个平行的p轨道之间。它们不是头对头重叠（如σ键），而是并排连接，在分子之上和之下形成两个电子密度区域。这种重叠被称为π（π，来自“p”的希腊语等价物）键。只要看到双键或三键，它就以一个σ键和一个或两个π键的形式存在。由于π键的并排重叠，原子不能像σ键那样相互扭曲。π键使分子具有刚性结构。
π键比σ键弱，因为π键的重叠程度较低。因此，两个单键比一个双键更强，断裂两个单键所需的能量比断裂一个双键所需的能量更多。
以甲烷分子为例：一个碳原子连接到四个氢原子。每个原子都满足八隅体规则，每个键都是一个单共价键。
现在看一下碳的电子构型：1s22s22p2。在它的价层电子中，它有两个s电子和两个p电子。这四个电子不可能与四个氢原子形成等效的键（每个氢原子都有一个s电子）。我们知道，通过测量键长和键能，甲烷中的四个键是相等的，但碳的电子在两个不同的轨道中，应该以不同的方式与氢的1s轨道重叠。
为了解决这个问题，发生了杂化。 而不是一个s轨道和三个p轨道，这些轨道混合，形成四个轨道，每个轨道具有25%的s特征和75%的p特征。这些杂化轨道被称为sp3轨道，它们是相同的。观察
现在这些轨道可以与氢的1s轨道重叠，形成四个等效的键。杂化可能涉及具有d轨道的原子，允许高达sp3d2杂化。
- 读者练习
预测乙烯中碳的杂化电子构型。有多少个σ键？有多少个π键？
提示：杂化电子只形成σ键。π键只在p电子之间形成。