الجزيئات و الروابط

الجزيئات والروابط الكيميائية
3-1 مقدمة :
تميل ذرات العناصر للارتباط مع بعضها البعض معطية الجزيئات
1- إذا ارتبطت ذرات العنصر فاننا نحصل على جزيئات الأجسام البسيطة مثل
H2, CL2 , O2
2- إذا ارتبطت ذرات عناصر مختلفة فإننا نحصل على جزيئات الأجسام المركبة مثل
H2O , NaCl
ويرافق ارتباط الذرات ببعضها تغير بالتركيب الالكتروني في كل من هذه الذرات حيث يحدث انتقال بعض الالكترونات الطبقة السطحية ( الكترونات التكافؤ) من ذرة الى أخرى او يحصل تشارك في الالكترونات ويصبح لها بنية اقرب غاز نادر في الجدول الدوري بحيث تحقق قاعدة الثمانية الالكترونية وتتشكل الروابط بين الذرات
3-2 الرابطة الشاردية والمركبات مختلفة الأقطاب :
تتشكل الرابطة الشاردية عندما يتحد عنصر ضعيف الكهرسلبية مثل الصوديوم او البوتاسيوم ( معدن قلوي) مع عنصر شديد الكهرسلبية كالكلور او الفلور ( هالوجين ) حيث ينتقل إلكترون او أكثر من ذرة إلى أخرى فتتحول كل منها الى شاردة وتنشاء هذه الرابطة نتيجة التجاذب الكهربائي الساكن بين الشوارد المتعاكسة الشحنة مما يسبب اقتراب الشوارد من بعضها بحيث تصبح فيه قوى التجاذب مساوية لقوى التنافر بين نواتيهما ويصبح البعد بين النواتين في حالة التوازن مساويا لمجموع نصفي قطر الشاردتين بفرض انهما كرويتان
مثال تشكل كلور الصوديوم NaCl
تخسر ذرة الصوديوم إلكترونا وتتحول إلى شاردة صوديوم موجبة ( Na+) لها تشكيل الكتروني مماثل لغاز النيون
تكتسب درة الكلور هذا الإلكترون متحولة الى شاردة سالبة لها التشكيل الالكتروني لغاز الارغون ويكون المركب الشاردي الناتج معتدل كهربائيا .



يشير عدد الالكترونات التي تفقدها ذرة او تكسبها الى التكافؤ الشاردي الموجب او السالب .
ويطلق على المركبات التي روابطها شاردية بالمركبات مختلفة الأقطاب .
اهم خواص المركبات مختلفة الأقطاب :
تتصف المركبات التي تحوي جزيئاتها الرابطة الشاردية بخواص كثيرة نذكر منها : 1) يزداد استقراراها كلما زاد الفرق بين كهرسلبية عنصرين المشكلين للجزيء
2- بلوراتها ليست لدنة اة قابلة للتصفيح لان اقل تشوه تخضع له يسبب اقتراب الشوارد المتماثلة من بعضها فتزداد قوى التنافر بينهما وتنفصم البلورة قبل ان تبلغ موقعا جديدا ثابتا
3- درجات انصهارها مرتفعة وذلك بسبب التجاذب الكهربائي الساكن بين الشوارد المختلفة .
4- ينقل مصهورها ومحلولها المائي التيار الكهربائي بشكل جيد بسبب احتواءه على الشوارد .
5 ) تكون التفاعلات بين الشوارد سريعة وانية في كثير من الأحيان وتتمتع الجزيئات المختلفة الأقطاب بفاعلية كبيرة
3-4 الرابطة المشتركة :
في الرابطة المشتركة لا يحصل انتقال كامل للالكترونات من ذرة الى أخرى ان ما يحصل هو ان كل ذرة تقدم الكترونا تكافؤيا لتكوين زوج الكتروني مشترك بين الذرتين ينجذب الى نواتي الذرتين في الوقت نفسه وتدعى الجزيئات التي تكونت بالجزيئات المتجانسة الأقطاب او اللاقطبية وبالتالي فان تشكل كل رابطة مشتركة يتطلب زوجا الكترونيا واحدا مشتركا وتمثل عادة كل رابطة بخط بين الذرتين المرتبطتين أو H-H وتمثل الذرات وفق قاعدة لويس برمزها محطا بعدد من النقاط تمثل الالكترونات السطحية للذرة .
تتحد الذرات بروابط مشتركة في الجزيئات المؤلفة من ذرات لا معدنية متماثلة مثا جزيئات

هذا ويمكن الاستغناء عن رسم الأزواج الالكترونية التي لاتساهم في تشكيل الروابط وتسمى بالزواج غير الرابطة O=O , H-H يمكن كتابتها على الشكل
يمكن كتابته على الشكل
يلاحظ من الأمثلة السابقة أن عدد الروابط المشتركة التي يمكن لذرة ما أن تشكلها يساوي عدد الالكترونات التي تقدمها لتساهم في تشكيل الأزواج الالكترونية المشتركة أو الرابطة , لان تكافؤ عنصر يساوي عدد الروابط المشتركة التي يمكن لكل ذرة أن تشكلها
3-5 أهم خواص المركبات التي تحوي جزيئاتها رابطة مشتركة :
- تتميز المركبات المتجانسة الأقطاب بالشبكات الجزيئية لبلوراتها , لانها جزيئات وليست شوارد
- المركبات المتجانسة الأقطاب تنصهر وتتبخر بسهولة لعدم وجود قوى تجاذب كهربائي ساكن .
لا ينقل مصهورها ولا محلولها المائي التيار الكهربائي لعدم وجود الشوارد فيهما .
الجزيئات متجانسة الأقطاب اقل فعالية من الجزيئات مختلفة الأقطاب لان الرابطة المشتركة اقوى من الرابطة الشاردية
3-6 الرابطة المشتركة القطبية : تتشكل الرابطة المشتركة القطبية عند ارتباط ذرتين مختلفتين في كهرسلبيتهما .
مثال : في جزيء غاز فلور الهدروجين HF يكون الزوج الالكتروني اقرب إلى ذرة الفلور الأشد كهرسلبية والتي هي اكثر ميلا لكسب الزوج الالكتروني فيتكون في الجزيء ثنائي قطب وبالتالي تكتب صيغة فلور الهدروجين على الشكل وكلما زاد الفرق في الكهرسلبية الذرتين المرتبطتين ازداد انزياح الزوج الالكتروني نحو الذرة الأكثر كهرسلبية وازدادت الصفة القطبية وتفيد قادة بالولنغ في تحديد صفة الرابطة
3-7- قاعدة باولنغ في تحديد نوع الرابطة :
يوافق أي فرق بين قيمتي كهرسلبية ذرتين مرتبطتين يزيد على 1.7 رابطة تشاردية وان أي فرق يقل عن 1.7 يوافق رابطة تشاركية .
مثال : مانوع الرابطة بين ذرتي الأوكسجين والكالسيوم في جزيء اوكسيد الكالسيوم اذا علمت ان كهرسلبية الأوكسجين (3.5) وكهرسلبية الكالسيوم (1)
الحل: 3.5-1= 2.5 < 1.7 فالرابطة شاردية
3-8 : الرابطة المشتركة التساندية : تتشكل هذه الرابطة عندما تمنح أحدى الذرتين المرتبطتين زوجا الكترونيا للذرة الأخرى التي تملك مدارا فارغا
مثال : تشكل شاردة الهدرونيوم ( )يتشكل جزيء الماء بالاتحاد المباشر بين ذرة الأوكسجين وذرتي هيدروجين وبحيث ترتبط ذرة الأوكسجين مع ذرتي هيدروجين برابطتين تشاركيتن تحقق بهما ذرة الأوكسجين الثمانية الالكترونية زوجين يشكلان الرابطتين المشتركتين وزوجين حرين يمكن ان تمنح احد هذين الزوجين الى بروتون يمتلك مدارا ذريا فارغا وتتشكل رابطة ثالثة هي الرابطة التساندية
→
ولتفريق الرابطة التساندية عن غيره من الروابط يرمز لها بسهم من الذرة المانحة إلى الذرة الآخذة وبالتالي يمكن كتابة شاردة الهيدرونيوم بالشكل
الرابطة الهيدروجينية عندما ترتبط ذرة الهيدروجين بذرة (A) شديدة الكهرسلبية تتشكل رابطة قطبية يكون فيها الزوج الالكتروني منزاحا نحو الذرة A مما يجعل الهيدروجين فقيرا بالكترونات وبالتالي يبدي ميلا للارتباط بذرة أخرى مجاورة ( B ) بشرط ان تملك هذه الأخيرة زوجا الكترونيا حرا .
تدعى الرابطة الضعيفة بين ذرة الهيدروجين في الجزيء الاول والذرة (B ) في الجزيء الثاني بالرابطة الهيدروجينية وترسم عادة بشكل منقط يمكن للذرة (B ) ان تكون هي نفسها الذرة (A) كما في الشكل ( رابطة قطبية ورابطة تساندية )
مثال الرابطة الهيدروجينية في فلور الهيروجين
رابطة هيدرو جينية
الماء السائل يتألف من جزيئات متجمعة تربطها روابط هيدروجينية

ان الطاقة الإضافية اللازمة لتحطيم هذه الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء عند تبخره وتحوله إلى جزيئات غازية حرة هي المسؤولة عن ارتفاع حرارة تبخر الماء وارتفاع درجة غليانه
3-10 رابطة فادرفاس:
عندما نضع كمية من مادة غي حيز ما , فان جزيئتها المشبعة تكافؤيا تتكدس بعضعا فوق بعض تجمعها روابط بين جزيئاتها تدعى روابط فاندر فاس
يتألف كل جزيء من نوى موجبة والكترونات سالبة , فإذا اقترب جزيء من أخر ظهرت قوى تنافرية وقوى تجاذبية تنتج عن التأثيرات المتبادلة بين نوى والكترونات الجزيء الأول مع نوى والكترونات الجزيء الثاني محصلة هذه القوى تكون قوى تجاذبية ضعيفة تسمى قوة ارتباط فاندرفالس وتتعلق قيمة هذه المحصلة بعدد من العوامل كعدد الالكترونات والكتلة الجزئية وهي تزداد بازديادهما هذا وتتناقص قوة ارتباط فاندرفاس بارتفاع درجة الحرارة حيث تزداد الحركة العشوائية للجزيئات مما يؤدي الى إضعاف قوى التجاذب .
3-11 الرابطة المعدنية :
تتشكل بين ذرتين معدنيتين او اكثر وهي رابطة الكترونية يكونها زوج الكتروني مشترك غير ثابت يتكون أنيا بين ذرتين معدنيتين لكن سرعان ما يبتعد مكوناه ليكون كل منهما زوجا الكترونيا مشتركا مع الكترون من ذرة مجاورة وهكذا يمكن اعتبار المعدن شبكة من الشوارد الموجبة مغمورة في بحر من الالكترونات الحرة .
تعود متانة المعادن إلى قوة الرابطة المعدنية المتشكلة بين ذراتها وتزداد متانة المعادن وقساوتها ودرجات انصهارها بازدياد الالكترونات التكافؤية التي تساهم في الرابطة المعدنية , فالبوتاسيوم يمتلك إلكترونا تكافؤيا للارتباط بينما الكروم يمتلك ستة الكترونات تكافؤية تشكل ستة أزواج ارتباطية وبما أن قوة ارتباط ستة أزواج تشاركية اشد قوة من ارتباط زوج تشاركي واحد لذلك يكون الكروم اكثر صلابة وأعلى درجة انصهار من البوتاسيوم
3-12 الروابط غير المتوضعة ومفهوم الطنين ( الميزو ميرية ):
يمكن تمثيل بعض الجزيئات أو الشوارد متعددة الذرات بصيغتين او اكثر بحيث يكون لها تجمع ذري واحد وتوزيع الكتروني مختلف نسمي هذه الظاهرة بالطنين
مثال 1 : نمثل شاردة الكربونات بالصيغ

لايمكن لأي صيغة من الصيغ السابقة تمثيل الحالة الحقيقية تمثلا صحيحا ويلزم ان نمثل هذه الشاردة بنمط وسط من الصيغ هو هجين بين جميع التراكيب الكامنة يكون فيها التوزيع الالكتروني منتظما ولايكون هذا النمط صحيحا الا إذا مثل جميع التراكيب وما امكن حتى الآن ايجاد وسيلة لتمثيله على الورق
مثال 2- تمثيل شاردة النترات بالصيغ التالية