Почему электроны при ковалентной связи объединяться должны в пары?

Answer 1

Потому что это энергетически выгодно. Согласно квантовой механике, две атомные орбитали, содержащие по одному электрону, могут при определенных условиях объединиться в так называемую "связывающую" молекулярную орбиталь, которая содержит два эти электрона. Энергии электронов на связывающей орбитали оказываются меньше их энергий на прежних атомных орбиталях. Почему на орбитали может поместиться не больше двух электронов - это тоже из квантовой механики. Принцип Паули запрещает двум и боле электронам находиться в одном и том же состоянии. С этой точки зрения, на орбитали должен помещаться только один электрон, не больше. Но у электронов есть спин. Поэтому на орбитали могут поместиться два электрона с противоположным направлением спина. Это направление спина и отличает состояния двух электронов друг от друга.