Эти силы – исполины, перед ними, милый друг,
Словно нити паутины, всё, что видишь ты вокруг.
Их работа из алмазов жизнь земную создала,
Ими сотканы из газов наши гибкие тела…
Н. А. Морозов.В химической лаборатории
Если нуклоны благодаря ядерным силам образуют атомные ядра, ядра и электроны вследствие электромагнитных сил – атомы, то следующий уровень структурирования материи более разнообразен – это молекулы, полимеры, кристаллы, жидкости. Молекулы состоят из атомов, при этом энергия понижается по сравнению с энергией изолированных невзаимодействующих атомов. Величина этого понижения в расчете на пару связанных атомов составляет ~1 эВ или ~100 кДж/моль (сравните с типичными энергиями электрона в атоме, с одной стороны, и энергией связи нуклонов в ядре – с другой).
Взаимодействия, скрепляющие в единое целое молекулы, полимеры (а часто – кристаллы и жидкости, но об этом будет сказано в разд. 4), принято называть химической связью. Её природа – электромагнитная, разновидности – ковалентная, ионная и металлическая связь. Взаимодействия, приводящие к образованию связей между частицами, разделяют на два класса – ковалентные и нековалентные.
Наше изложение ограничится небольшими молекулами, состоящими буквально из нескольких атомов (включая заряженные молекулы, или молекулярные ионы). Начнем с рассмотрения ковалентной связи.