Polar bir bağ, biraz farklı elektronegatiflikteki atomlar elektronları paylaştığında oluşur. Bağlanmış atomlar arasındaki elektronegatiflik farkı 0.5 ila 1.9 arasındadır. Örneğin, hidrojen klorür (HCl), sudaki O-H bağları, ve hidrojen flüorür (HF) gibi. (Şekil-b)
(a) İki Cl molekülü arasında kovalent bağ oluşumu, (b) H ve Cl arasında polar kovalent bağ oluşumu
Kovalent bağlanma, iki atom, iki elektron orbitalinin örtüşmesi ve birleşmesi yoluyla iki elektronu (her atomdan bir elektron) paylaştığında oluşan bağlanmadır (Şekil-1). Kovalaent bağlar içeren kristaller, iyonik veya metalik yapılara göre daha kompleks yapılardır.
Kovalent bağlanma, elektron orbitallerinin tam örtüşmesini gerektirir;
bu nedenle eğer bir atom birkaç kovalent bağ oluşturursa, bunlar genellikle
belirli yönlere sınırlandırılır. Kovalent bağlar yönlü olduğundan, metalik veya
iyonik bağların aksine, bu tür bir kristal içindeki atomların düzenlemelerine
ilave kısıtlamalar getirir; bunlardan biri, kovalent yapıların daha açık olma
eğiliminde olması, dolayısıyla metalik veya iyonik yapılara kıyasla daha düşük
yoğunluklara sahip olmasıdır.
Elmas, kovalent bağlı katı bir maddeye örneğidir. Bu karbon
formunda, her atom diğer dört karbon atomuna kovalent olarak bağlanır, bir
tetrahedronun köşelerinde düzenlenir (Şekil-2a). Yinelenen kübik bir şekle
sahip olan sonuçtaki yapı,Şekil-2b'de gösterildiği gibidir; yapı,
sıkı-paketlenmiş metal yapılardan çok daha fazla boş alan içerir. Kovalent
bağlı katı karbonun diğer bir formu grafittir (Şekil-3a). Elmasdaki metallerin
aksine, grafitteki karbon atomları, aynı düzlemdeki üç komşusuyla kovalent
olarak bağlanır ve güçlü bir karbon atomları levhası (veya tabakası) üretir.
Bununla birlikte, her bir karbon atomunun, karbon levhaları bir arada tutmaya
yarayan (Şekil-3b) çok zayıf bağlar oluşturan ekstra bir elektronu vardır.
Elmas ve grafit aynı kimyasal bileşime (saf karbon) sahiptir, fakat kristal
yapıları farklıdır; bunlar karbonun polimorfları olarak bilinirler. Elmas,
grafitten (Şekil-4) daha yüksek basınç altında oluşur.