在分析了独立原子中的电子能级后，非常有必要来分析两个原子组成共价键的机制和能级的分布，这是用于半导体材料分析的重要基础。

仍然使用氢原子的玻尔模型进行推广，图2-5a是两个孤立的氢原子核的电子能量示意图。所谓孤立，是指两个原子核距离足够远，不会相互影响。两个孤立原子核的电子能级是一样的，与上一节的计算结果相同。可以看到，电子的能量是量子化的。如果允许两个原子核相互靠近，根据库仑定律，一个电子将会受到两个原子核的作用，则电子的势能为

式中 r_a、r_b——电子和两个原子核的距离。

图2-5b给出了允许的电子能级，其仍然是量子化的。注意到在基态（最低能态）的电子会被束缚在某一个原子核的周围，形象地说位于两个陷阱中的其中一个，而处于激发态的电子会在两个原子核之间往返运动，即在两个陷阱中往返，从效果来看，是为两个原子所共有。由于电子总是趋向于寻找可能的最低能量，因此这种处于某一个较高能级的状态不会持久，电子会很快回到基态。

如果原子核的间距足够小，核间的势能最大值可以小于电子的基态能量，图2-5c所示为这种情况下的能级图。此时，即使是处于基态的电子也会被两个原子核共有，在基态的两个点之间振荡。(www.daowen.com)

图2-5 不同距离下两氢原子的电子能级

由于每一个原子核都有一个基态，那么一个中性的氢分子（H₂）就允许两个电子占据基态。虽然第二个电子的存在会改变静电力，从而轻微地改变能级结构，但结果是两个电子仍然会在图中所示的区域内振荡。在两个原子核中间的区域，电子的动能很小，因此速度也很小。电子在这个区域运动很慢，或者从平均意义上说，电子大部分时间都处在两个原子核的中间。因此，电子在该区域形成带负电荷的“电子云”，将两个原子核吸引在一起。但是，如果核间的距离太小，势能就会减小，由于总能量E守恒，电子的动能和速度增加，电子云的作用减弱，对原子核的吸引力减小。在某一个特定的间距，电子云产生的核间束缚是稳定的，就形成一个稳定的氢分子（H₂）。这种形成分子的机制就是共价键。

前面说过，电子具有4个量子数，其中n是主量子数，主要决定了电子的能量，其他3个量子数对电子的能量也有影响，但是影响都很小。根据泡利不相容原理，在一个相互作用的系统中，两个电子不能具有完全相同的一套量子数。

例如，在原子的最低能量轨道，n=1，这个状态可以容纳2个电子。这两个电子具有不同的自旋量子数。同样地，在第二壳层中，最多可容纳8个电子。