Атом тузилишининг электрон назарияси юзага келгандан сўнг 1916 йилда Люис ва 1927 йилда В. Гейтлер ва Ф. Лондон водород молекуласининг ҳосил бўлишини назарий ўрганиб, қуйидаги фикми илгари сурдилар. Маълумки, водород молекуласи иккита водород атомининг бирикишидан ҳосил бўлади: H + H = H2. Алоҳида турган водород атомларини H (a) ва H(b) деб белгиласак, уларнинг электрон формуласи 1s1 (a) ва 1s1(b) бўлиб, уларнинг асосида ҳосил бўлаётган H2 молекуласининг тўлқин функцияси икки хил ёзилиши мумкин. Бу электронламинг ядролар ўртасида алмашина олиши туфайли рўй берадиган ҳолат.
ψI =φ(a)1φ(b)2 va ψII =φ(b)1φ(a)2
Ҳосил бўлган молекуланинг функцияси бу икки ҳолат функцияларининг “чизиқли комбинацияси” сифатида ёзилиши мумкин:
ψI =c1ψI +c2ψII =c1φ(a)1φ(b)2 + c2φ(b)1φ(a)2
Бундан шундай хулоса келиб чиқади, водород атомлари r масофага ўзаро яқинлашганда 1-водород атомининг электрони 2-водород атоми ядросига, 2-водород атоми электрони 1-водород атоми ядросига тортилади. Шу вақтда, бир хил зарядли бўлгани учун, электронлар ўртасида ўзаро ва ядролар ўртасида итарилиш кучлари юзага келиб r = 0,074 X масофада тортишув кучлари билан итарилиш кучлари тенглашади. Натижада 2 ядроли ва 2 электронли ягона система ҳосил бўлади.
Бу ҳолат юз бериши учун 1-водород атомида электрон спини (↑↓)тўғри, 2- водород атоми электрон спини(↓) тескари йўналган бўлиши шарт. Агар бу шартбажарилмаса (↑↑) ёки (↓↓) иккала ядро ўртасидаги электронлар булутининг зичлиги минимал (ψмол = 0) бўлади ва кимёвий боғланиш юзага келмайди.
a — қарама — қарши ва b — бир хил спинли электрон булутларининг ўзаро қопланиши
Юқоридагилардан келиб чиқиб, ковалент боғланишга таъриф берсак: ковалент боғланиш — электрон жуфтлари воситасида ҳосил бўлган боғланишдир. Бунда кимёвий боғланишда иштирок этувчи атомлардаги бир ёки бир нечта тоқ спинли электронлар бошқа атомдаги тоқ спинли электронлар билан электрон жуфтлари ҳосил қилиб, ҳар бир электрон жуфти битта кимёвий боғланиш ҳосил қилади. Шунга кўра, атомлар ўртасида бир боғ, қўшбоғ, учбоғ ҳосил бўлади. Электрон жуфтлари бир хил элемент ёки турли элемент атомлари ўртасида ҳосил бўлиши мумкин:
Ковалент боғланиш ҳосилбўлишида атомнинг ташқи электрон қаватидаги барча тоқ электронлар ва баъзи ҳолларда жуфт электронлар ҳам иштирок этади. Бу электронлар сонига кўра бирикмаларда ҳар бир элемент атомининг валентлиги(ҳосил қилган боғИанишлар сони) аниқланади. Ҳар қандай ковалент боғланиш қуйидаги хоссалари билан бошқа боғланишлардан ажралиб туради.
Ковалент боғланиш йўналганлик хоссасига эга. Ковалент боғланиш s- ,p-, d-электрон орбиталлардаги электронларнинг ўзаро жуфтлашуви сабабли юзага келади. Маълумки, бу орбиталлар фазода маълум ёъналиш (Х, Y, Z) бўйича жойлашган. Шу сабабли,ҳар бир боғланишнинг ҳосил бўлишида тоқ электронлар жойлашган электрон орбиталлари бир-бирлари билан аниқ ёъналиш бўйича «қопланиб» кимёвий боғ ҳосил қилади. Агар уларнинг ёъналишлари бир-бирига мос келмаса, бу тоқ электронлар ўзаро жуфтлаша олмайди ва кимёвий боғланиш ҳосил бўлмайди.
Ҳосил бўлган кимёвий боғлар ҳам фазода ўз ёъналишларига эга бўлади. Бу боғларнинг фазода жойлашувига кўра σ — “сигма”, π— “пи” боғланишлар бор. Сигма боғланиш—иккала бирикувчи атомларнинг ядроларини туташтирувчи тўғри чизиқ (чизиқлар)бўйлаб жойлашган боғланишдир. π — боғланиш фазода σ — боғланишга нисбатан перпендикуляр жойлашган текислик бўйича p — электрон орбиталламинг ўзаро қопланишидан ҳосил бўладиган боғланишдир. π — боғлари қўшбоғ ёки учбоғлар ҳосил бўлганда юзага келади. Барча бирламчи боғлар, қўш ва учбоғлардан биттаси σ—боғлардир, қолганлари π — боғларбўлиб, улар σ-боғларига нисбатан кучсиздир.
Ковалент боғланиш тўйинувчанлик хосасига эга. Чунки бу боғланиш тоқ электронларнинг жуфтлашиши ҳисобига ҳосил бўлгани учун атомда нечта тоқ электрон бўлса, у шунча ковалент боғ ҳосил қилади. Масалан: водород атомида 1 та тоқ электрон бор, шунинг учун у битта ковалент боғ ҳосил қилади, кислородда 2 та тоқ электрон — 2 та ковалент боғ, азотда 3 та тоқ электрон—3 та ковалент боғ ҳосил қилади. Бошқача қилиб айтганда, ковалент боғланишда иштирок этувчи атомлар ўзтоқ электронлари сонига тенг боғлар ҳосил қилиб, валентликларини тўйинтиради. Лекин ковалент боғлар донор-аксептор механизм бўйича ҳам ҳосил бўла олади. Шунинг учун азотнинг максимал ковалентлиги тўртга тенг. Бунга атомларнинг ковалентлиги ҳам дейилади.
Ковалент боғланиш қутбсиз ва қутбли ковалент боғланишга бўлинади. Бу боғланишнинг донор-аксептор тури ҳам мавжуд бўлиб, алоҳида ўрганилади.
Қутбсиз ковалент боғланиш
Электроманфийликлари бирхил (ёки ўзаро жуда яқин) бўлган элементлар атомлари ўртасида юзага келадиган боғланиш қутбсиз ковалент боғланиш дейилади. Масалан: H2,O2, Cl2 F2, Br2,N2,I2 —каби молекулалардаги боғланишлар электронлар жуфти воситасида ҳосил бўлган. Ҳар иккала бирикувчи атомлар бир элементга тегишли бўлгани учун уларнинг электроманфийликлари бир-бирига тенг.
Шу сабабли иккала атом ядролари боғловчи электронлар жуфтини баробар куч билан ўз томонига тортади ва бу электронлар жуфти иккала ядронинг ўртасида бир хил масофада жойлашади, зарядларнинг маркази молекула симметрия ўқи билан мос тушади, молекула қутбсиз бўлади. Қутбсиз ковалент боғланишли моддалар асосан газ ҳолатида, суюқ (Br2) ва баъзан (I2) кристалл ҳолатида бўлади. Суюқ ҳолдагилари осон буғланадиган, кристалл ҳолатидагилари (I2) босим паст бўлганда суюқланмасдан газ ҳолатига ўтиш (сублимацияланиш) хоссасига эга бўлади. Уларн сувда кам эрувчан моддалар қаторига киради.
Қутбли ковалент боғланиш
Электроманфийликлари бир-биридан фарқ қилувчи турли элементлар атомлари ўртасида ҳосил бўладиган ковалент боғланиш — қутбли боғланиш дейилади.
Қутбли боғланишли молекулалар қаторига: H2O, NH3, HCl, HF, HBr, HJ,H2S, H2Se ларни киритиш мумкин. Агар HCl молекуласидаги ковалент боғнинг ҳосил бўИиши таҳлил этилса, водород атомининг электроманфийлиги 2,1, хлор атоминики—3,0 га тенг. Кўриниб турибдики, хлорнинг электроманфийлиги водородникига нисбатан қарийб 1,5 марта кўп. Шу сабабли H—Cl боғини ҳосил қилган электронлар жуфтини Cl атоми ўз томонига тортади HCl ва молекулада зарядламинг нотекис тақсимланиши туфайли водород қисман мусбат ( δ+) ва хлор атоми манфий (δ—) зарядланиб қолади:
Hδ+— Clδ-. Молекула симметрик бўлмасдан, “эллипс” кўринишида бўлиб, мусбат ва манфий зарядламинг оғирлик марказлари ўзаро мостушмай қолади, молекула қутбли заррача—“диполъга айланади.
NEM < 0,4 ≤ NEM ≤ 1,7 ≤ NEM
Қутбсиз қутбли ион
Қутбли молекулалардан иборат молекулалар газсимон (NH3, HF, HCl, HBr, HJ, H2S) ва суюқ (H2O) ҳолатда бўлади. Уларнинг сувда эрувчанликлари, реакцияга киришиш қобилиятлари қутбсиз ковалент боғланишли моддаларга нисбатан анча юқори. Қутбли молекулаламинг қутбланганлик датажасини тавсифлаш учун “дипол мониэнти” тушунчаси киритилган.