水素結合と共有結合

化学結合は、原子や分子を結びつけている。結合は、分子や原子の化学的・物理的挙動を決定する上で重要である。アメリカの化学者G.N.ルイスが提唱したように、原子は価電子帯に8個の電子を含むと安定する。ほとんどの原子は、価電子帯の電子数が8個以下であるため（周期表第18族の希ガスを除く）、不安定である。これらの原子は互いに反応して安定化する傾向がある。そのため、各原子は希ガスの電子グループ化を実現することができる。共有結合は、化合物中の原子をつなぐ化学結合である。水素結合とは、分子同士が互いに引き合うことです。

水素結合

極性結合は、水素がフッ素、酸素、窒素などの負電荷を帯びた原子と結合することで生じる。電気陰性度のため、結合中の電子は水素原子よりも電気陰性度の高い原子に引き寄せられる。そのため、水素原子は部分的に正電荷を帯び、より負電荷を帯びた原子は部分的に負電荷を帯びることになる。このように電荷が分離した2つの分子を近づけると、水素と負に帯電した原子の間に引力が発生する。この引力は、水素結合と呼ばれている。水素結合は他の双極子相互作用よりも比較的強く、分子の挙動を決定する。例えば、水の分子には分子間水素結合がある。水分子は、他の水分子と4つの水素結合を形成することができます。酸素は2つのローンペアを持つため、正電荷を持つ水素と2つの水素結合を形成することができます。この2つの水分子は、二量体と呼ばれることがあります。水素結合の能力により、1つの水分子は他の4つの分子と結合することができます。そのため、水分子の分子量が非常に小さいにもかかわらず、水の沸点が高くなる。そのため、気相に入ると水素結合を切断するのに必要なエネルギーが大きくなってしまう。また、水素結合は氷の結晶構造を決定している。独自の氷の格子構造により水面に浮くため、冬の水生生物を保護することができます。さらに、生体系では水素結合が重要な役割を果たしている。タンパク質やDNAの立体構造は、すべて水素結合によって成り立っている。水素結合は、熱や機械的な力によって切断することができる。

共有結合

電気陰性度の差が同じか非常に小さい2つの原子が反応すると、電子を共有することで共有結合を形成する。両原子は電子を共有することで、希ガスの電子グループを得ることができる。分子は、原子と原子の間に共有結合が形成されたものである。例えば、同じ原子が結合してCl2、H2、P4などの分子を形成する場合、それぞれの原子は共有結合によって別の原子に結合している。メタン分子（CH4）も、炭素原子と水素原子の間に共有結合がある。メタンは、電気陰性度が非常に低い分子間の差動共有結合の例である。