As ligações covalentes são ligações químicas entre dois átomos não metálicos. Um exemplo é a água, onde hidrogênio (H) e oxigênio (O) se unem para fazer (H2O). Um invólucro externo completo geralmente tem oito elétrons, ou dois no caso de hidrogênio ou hélio. Os elétrons de valência são os elétrons mantidos comparativamente soltos no invólucro externo do átomo. A estrutura das conchas de elétrons é determinada pela mecânica quântica).
O número de elétrons em um átomo é decidido pelo número de prótons no átomo. Os elétrons orbitam os núcleos atômicos, e eles são como caminhos orbitais difusos ao redor de um núcleo atômico. A primeira camada tem até dois elétrons. As camadas depois disso geralmente contêm até oito. As ligações covalentes são formadas por átomos que compartilham elétrons de valência.
Se, por exemplo, um átomo tivesse nove elétrons, os dois primeiros orbitam muito perto do núcleo, os sete seguintes orbitam um pouco mais longe. Os sete elétrons externos são menos apertados que os dois elétrons internos porque estão mais afastados do núcleo carregado positivamente. Se este átomo se aproximar de outro átomo, com um elétron solto em sua casca externa, um novo orbital ficará disponível para o elétron solto. Este novo orbital de elétron está ligado aos dois núcleos atômicos e tem um nível de energia menor que o orbital original do elétron. O elétron pode saltar espontaneamente para ele e emitir um fóton com o excesso de energia. Agora temos um elétron orbitando ambos os átomos, o que resulta no átomo que forneceu ao elétron uma pequena carga líquida positiva e ao outro átomo uma pequena carga líquida negativa. Os dois átomos são agora mantidos juntos pela força eletromagnética de atração entre cargas positivas e negativas. Isto é chamado de ligação covalente. Para quebrar esta ligação é necessária a mesma quantidade de energia que foi liberada quando ela foi formada.
Uma molécula de água consiste em um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio mantidos juntos por uma ligação covalente. Neste caso, o átomo de oxigênio compartilha um elétron com cada átomo de hidrogênio. Isto significa que o átomo de oxigênio tem uma pequena carga líquida positiva e o átomo de hidrogênio tem uma pequena carga líquida negativa. Como resultado, os átomos de oxigênio e hidrogênio são atraídos um para o outro devido à força eletromagnética. Por causa disso, a molécula da água é uma molécula polar: sua carga não é distribuída uniformemente.
