الروابط الكيميائية
يسعى كل شئ في الكون إلى أن يكون في حالة استقرار وثبات وذلك عندما يكون في أدنى مستوى من الطاقة وما تعرف بطاقة الوضع فكيف تصل هذه العناصر إلى هذا الاستقرار والثبات لتصل العناصر إلى طاقة الوضع لابد أن تشبه في تركيبها الالكتروني التركيب الالكتروني لعناصر المجموعة الثامنة ( الغازات النبيلة ) فمجالها الخارجي ممتلئ بالعدد الأقصى من الالكترونات ويتم هذا عن طريق فقدها أو اكتسابها لإلكترون أو أكثر من مجال التكافؤ أو مشاركتها بإلكترون أو أكثر من الكترونات مجال التكافؤ مع ذره أو ذرات أخرى....
ويتم الاتحاد بين العناصر داخل المركبات والجزيئات بواسطة ( الروابط الكيميائية ) لنتعرف على أهم الروابط الكيميائية والفيزيائية الروابط نوعان:
1- كيميائيه :
1) أيونية
2) تساهمية قطبية
3) تساهمية غير قطبية
4) تساهمية تناسقية
5) فلزية
2- الفيزيائية :
1-هيدروجينية
2- فاندرفالس
الروابط الكيميائية :
القوى التي تربط ذرات العناصر مع بعضها البعض في الجزيئات أو المركبات
ومنها
الرابطة الأيونية
وهي قوى التجاذب بين ايونين احدهما موجب والآخر سالب نتيجة لفقد إحدى الذرتين إلكترونا أو أكثر من مجال تكافؤها واكتساب الذرة الأخرى إلكترون أو أكثر في مجال تكافؤها
وتختلف نسبة الأيونات المفقودة والمكتسبة فمثلا تحتاج ذرة الأكسجين لأيونين من البوتاسيوم لأن المدار الأخير يحتاج لإلكترونين ليصل لحالة الاستقرار أي ثمانية إلكترونات.
وتحدث الرابطة الأيونية عادةً بين
الفلزات (ذات طاقة التأين المنخفضة والتي تميل لفقدان الإلكترونات )
واللافلزات (ذات الألفة الالكترونية المرتفعة والتي تميل لاكتساب الالكترونات ) .
مثال:-
يرتبط أيون الصوديوم + Na بأيون الكلور - Cl في مركب كلوريد الصوديوم برابطة أيونية .
Na + Cl -------------------> Na + + Cl
فعنصر الصوديوم يفقد إلكترون واحد من مستوى تكافؤه ليصبح أيون موجب أحادي ذو توزيع الالكتروني مشابه للتوزيع الالكتروني للغاز الخامل الذي قبله وهو النيون .
Na / 1S2 2S2 2P6 3S1
Na+ / 1S2 2S2 2P6
وعنصر الكلور يكتسب إلكترون واحد في مستوى تكافؤه ليصبح أيون سالب ذو تركيب الكتروني مشابه لتركيب الغاز الخامل الذي بعده وهو الأرغون .
Cl / 1S2 2S2 2P6 3S2 3P5
Cl- / 1S2
2S2 2P6 3S2 3P6
والحقيقة
أن هذا الكلام غير دقيق فلا يوجد جزيئات مستقلة في المركبات الأيونية بل توجد على
شكل تجمع أيوني يعرف بالأشكال بلورية بحيث يكون كل أيون ذو شحنة معينة محاطاً
بعدد من الأيونات ذو الشحنة المخالفة
خصائص المركبات الأيونية
كما ذكرنا في السابق بأن المركبات الأيونية توجد على شكل تجمعات أيونية في أشكال معينة يطلق عليها (أشكال البلورية )
ونجد في هذه الأشكال ترتيب بلوري منظم للأيونات بحيث أن كل أيون ذو شحنة معينة يكون منجذباً إلى مجموعة من
الأيونات ذو الشحنة المخالفة ، بمعنى أن الأيون الواحد يكون مرتبطاً بعدة روابط أيونية في نفس الوقت وهذا ما يفسر
وجود المركبات الأيونية عادةً في الحالة الصلبة ( كثافة عالية ) كما يفسر هذا الوضع أيضاً درجات الانصهار والغليان المرتفعة لهذه المركبات.
ومن أهم صفات المركبات الأيونية عدم قدرتها على التوصيل الكهربي في الحالة الصلبة نظراً
لارتباط الأيونات وعدم قدرتها على الحركة بينما تصبح موصلة للكهرباء عند صهرها أو إذابتها في الماء ( الأيونات حرة الحركة في المصهور وفي المحلول المائي )
الرابطة التساهمية
هي أحد أشكال الترابط الكيميائي وتتميز بمساهمة زوج أو أكثر من الإلكترونات بين الذرات,
مما ينتج عنه تجاذب جانبي يعمل على تماسك الجزيء الناتج. تميل الذرات للمساهمة أو المشاركة بإلكتروناتها بالطريقة التي تجعل غلافها الإلكتروني ممتلئ.
الرابطة التساهمية غالبا ما تحدث بين اللا فلزات, حيث تكون الرابطة الأيونية أكثر شيوعا بين الذرات الفلزية و الذرات اللا فلزية. تميل الرابطة التساهمية لأن تكون أقوى من أنواع الروابط الأخرى, مثل الرابطة الأيونية. وبعكس الرابطة الأيونية, حيث ترتبط الأيونات بقوى كهرساكنة (Electrostatics) غير موجهة, فإن الرابطة التساهمية تكون عالية التوجيه. وكنتيجة, الجزيئات المرتبطة تساهميا تميل لأن تتكون في أشكال مميزة قليلة نسبيا, بزوايا محددة. التساهمية القطبية و تحدث عندما تكون الرابطة التساهمية بين ذرتين مختلفتين في السالبية الكهربائية فإن الزوج يكون منجذبا أكثر للذرة ذات السالبية الكهربائية الأعلى وبالتالي تظهر شحنة سالبة جزئية على هذه الذرة وشحنة موجبه جزئيه على الذرة ذات السالبية الأقل التساهمية الغير قطبية أما إذا كانت الذرتين متساويتين أو متقاربتين في السالبية فإن الرابطة تكون تساهمية غير قطبية مثل cl2 , H2 ملاحظة / لا تعتمد قطبية المركب على الرابطة بل تعتمد على العزم الكهربائية الرابطة التساهمية التناسقية / تتم بين ذرتين أحداهما تحتوي على زوج أو أكثر من الالكترونات الحرة والثانية تلزمها هذه الالكترونات للوصول إلى حالة الاستقرار فالزوج الالكتروني هنا لا تساهم فيه الذرتان وإنما تسهم فيه إحداهما فقط مثال1 : في تفاعل النشادر مع كلوريد الهيدروجين لإنتاج ملح كلوريد الأمونيوم تتكون رابطة تناسقية بين ذرة النيتروجين في النشادر وذرة الهيدروجين في كلوريد الهيدروجين .
فالرابطة التناسقية تتكون بين ( ذرة مانحة ) تتكون عليها شحنة موجبة و ( ذرة مستقبلة ) تتكون عليها شحنة سالبة ويشار إلى الرابطة التناسقية عادةً بسهم يتجه من الذرة المانحة إلى الذرة المستقبلة .
وحقيقة ما حدث في التفاعل السابق هو ارتباط جزيء النشادر بالبروتون ليتكون أيون الأمونيوم
مثال2 : في تفاعل النشادر مع ثالث فلوريد البورون تتكون رابطة تناسقية بين ذرة النيتروجين ( المانحة ) وذرة البورون ( المستقبلة)
مثال 3
الرابطة الفلزية هي رابطة تشد الذرات مع بعضها البعض داخل الفلز يمكن النظر إلى الفلز في الحالة الصلبة كبحرٍ من الشحنات الموجبة تتحرك بينها الالكترونات بحرية وتنتقل من ذرة إلى أخرى . جميع الفلزات ( ماعدا الزئبق ) توجد في الحالة الصلبة ولعل سبب ذلك هو تلك الروابط القوية التي تربط بين ذرات الفلز (المعدن )
للفلزات سببه هو حركة الالكترونات الحرة بين الذرات .
الروابط الفيزيائية:
الرابطه الهيدروجينية الأصرة الهيدروجينية تتكون عند اتحاد الهيدروجين مع عناصر ذات كهروسالبية عالية مثل الهالوجينات والأوكسجين وهذه العناصر ذات قطبية عالية نظرا للفارق الكبير في الكهروسالبية مما يؤدي إلى ظهور شحنة جزئية موجبة على ذرة الهيدروجين مكونا قطبا موجبا وشحنة جزئية سالبة على ذرة العنصر الأخر وبسبب وجود هذه القطبية العالية فان احد طرفي الجزئية المستقطبة سوف تتجاذب مع طرف جزئية مجاورة يحمل شحنة جزئية مغايرة وهكذا فان إطراف الجزئيات التي تحمل شحنة سالبة سوف تتجاذب مع أطراف جزئيات تحمل شحنة جزئية موجبة والعكس صحيح ويرمز لها عادة بخط منقط (0000).
أثر الرابطة الهيدروجينية على خواص المادة تؤثر الروابط الهيدروجينية على الخواص الطبيعية للمادة ، فدرجات غليان وانصهار المواد المحتوية على روابط هيدروجينية أعلى من درجات غليان وانصهار مثيلاتها من المواد ويبرز هذا الأثر بشكلٍ واضح في خواص الماء ،فللماء صفات خاصة ترجع إلى الروابط الهيدروجينية المميزة التي تربط بين جزيئاته ، فدرجة غليان الماء ( 100 درجة م ) مرتفعة جداً إذا ما قورنت بدرجات غليان مركبات عناصر المجموعة السادسة مع الهيدروجين بالرغم من أن الوزن الجزيء للماء أقل من الوزن الجزيء لهذه المركبات
كما أن للروابط الهيدروجينية التي تربط بين جزيئات الماء تأثير مباشر في القيمة العليا للكثافة التي يتخذها الماء والتي تساوي 1 جم / سم مكعب عند 4 درجة مئوي بينما تكون كثافة الماء أقل من ( 1جم/سم مكعب ) عند أعلى وأقل من ( 4 درجة م ) وهذا ما يجعل الجليد يطفوا على سطح التجمعات المائية عند تجمد الماء . وأيضاً ترجع خاصية التوتر السطحي المميزة في الماء إلى ارتباط جزيئات الماء بروابط هيدروجينية . وفيما يلي مقارنة بين الماء والميثان من حيث درجة الغليان ودرجة الانصهار : يلاحظ الفرق الكبير في درجة الغليان والانصهار بين المركبين فالماء درجة غليانه وانصهاره أعلى بكثير من درجة غليان وانصهار الميثان بالرغم من تقارب الوزن الجزيئي لهما . وبالطبع فإن السبب يرجع إلى قوة الروابط الهيدروجينية الموجودة في الماء .
قوى فاندرفالس :
وهي التي تشد جزيئات المادة الواحدة المتعادلة كهربائيا مع بعضها البعض- وتوجد عادة في جزيئات المركبات التساهمية غير القطبية وتعد من الروابط الضعيفة وتزداد قوتها بازدياد الكتلة الجزيئية للمادة مثلا درجة غليان الكلور أعلى من الفلور لأن الكتلة الجزيئية للكلور اكبر من الفلور
ملاحظات:
1- بالنسبة للأشكال البلورية حتى نصف مدى الترابط إن أي ايون السالب ينجذب للايون الموجب ليس المجاور له فقط بل إلى كل الشحنات الموجبة والعكس كل ايون موجب ينجذب لكل ايون سالب مجاور وغير مجااور فتصوروا معي كيف سيكون الترابط
2- الرابطة التساهمية القطبية تحدث اذا كان هناك فرق في السالبية الكهربائية بين الذرات أو الجزيئات لنكون أكثر دقه يكون الفرق تقريبا 0.2 يعتبر الأكسجين أعلى عنصر في السالبية الكهربائية يليه النيتروجين ثم على ما أظن هيدروجين ولا ننسى المجموعة السابعة الفلور 0000
من ويكبيديا الموسوعة الحرة:
الروابط الكيميائية
الرابطة الكيميائية هي القوة التى تربط الذرات في الجزيء أو في البللورة. في مركبات بسيطة عديدة, نظرية التكافؤ ومبدأ عدد التأكسد
يمكن إستخدامهما للتنبؤ بالتركيب الجزيئي. وبالمثل, فإن النظريات الفيزياء الكلاسيكية
يمكن إستخدامها للتنبؤ بتركيب مركبات أيونية عديدة . أما المركبات ذات التركيب المعقد ،
مثل السبائك المعدنية ، فإن نظرية التكافؤ لا تستطيع تفسير تركيبها, وهنا تظهر أهمية استخدام نظريات الميكانيكا الكمية مثل نظرية المدار الجزيئي.
بعض أنواع الروابط الكيميائية:
1. رابطة أيونية
2. رابطة تساهمية
3. رابطة فلزية
ورابطة تناسقية والرابطة التناسقية تنساق تحت الرابطة التساهمية تقريباوتوجد رابطة أخرى وهى الرابطة الهيدروجينية ولها دور كبير في الحياة على الأرض
صور تتعلق بموضوع الروابط الكيميائية:
الروابط الكيميائية
الجزيئات
عنما ترتبط ذرات العناصر المختلفة مع بعضها نحصل على جزيئات الأجسام المركبة,ويمكننا ملاحظة بعض نماذج الجزيئات لأجسام مركبة
نموذج يمثل جزئ النشادر
وعندما ترتبط ذرات نفس العنصر مع بعضها نحصل على جزيئات الأجسام البسيطة’ويمننا ملاحظة نماذج لهذه الجزيئات
نموذج يمثل جزئ الأكسجين
في كل الحالات تنتقل بعض الكترونات التكافؤ من ذرة لأخرى,أو تتشارك ذرة مع أخرى بعدد الالكترونات,ويتشكل نتيجة ذلك روابط (تسبب ترابط الذرات مع بعضها ضمن الجزئ(
تتشكل الرابطة الشاردية عندما تتحد ذرة عنصرضعيف الكهرسلبية (كالصوديوم) مع ذرة عنصر شديد الكهرسلبية )كالكلور),ترى كيف يتم ذلك
لاحظ إنتقال الإلكترون من ذرة الصوديوم إلى ذرة الكلور,وتحول ذرة الصوديوم الى شاردة موجبة ,وذرة الكلور الى شاردة سالبة,
تتجاذب الشاردتان بقوى كهربائية ساكنة,ويتشكل مركب كلور الصوديوم,وهو مركب شاردي متعادل كهربائيا (مختلف الأقطاب).والرابطة الشاردية قوية تسبب ارتفاع درجة إنصهار المركبات التي تحويها
تتشكل هذه الرابطة عندما ترتبط ذرتان بحيث تقدم كل ذرة الكترونا أو( أكثر للمشاركة),وينتج زوج الكتروني (أو أكثر),
وينجذب هذا الزوج الى نواتي الذرتين مسببا تجاذب الذرتين برابطة مشتركة. ونمثل كل زوج الكتروني بخط
عندما تتشكل رابطة مشتركة بين ذرات نفس العنصر(يتكوّن زوج الكتروني أو أكثر) ينتج جزئ لاقطبي .مثال في جزئ غاز الفلور,تقدم كل ذرة الكترونا للمشاركة وتنشأ رابطة مشتركة بسيطة تمثّل بخط
عندما ترتبط ذرات مختلفة في كهرسلبيتها بروابط مشتركة,فإن الزوج الإلكتروني المشترك ينزاح نحو الذرة الأشد كهرسلبية,وينتج جزئ قطبي (أي ثنائي الأقطاب).وتحمل ذرات هذا الجزئ شحنات جزئية موجبة وسالبة.وتزداد الصفة القطبية كلما زاد الفرق بين كهرسلبية الذرتين المرتبطتين . مثال جزئ كلورالهيدروجين
ترتبط ذرة الكلور (كهرسلبيتها عالية) مع ذرة هيدروجين (كهرسلبيتها ضعيفة).ويتكون جزئ غاز كلور الهيدروجين الذي يحوي
رابطة مشتركة قطبية (ويكون الجزئ قطبي (ونلاحظ الشحنات الجزئية الموجبة والسالبة على الجزئ في أسفل الصورة
يحوي جزئ الماء رابطتين مشتركتين قطبيتين,وهذا الجزئ هو جزئ قطبي
عندما يكون الفرق بين كهرسلبية ذرتين مرتبطتين أكبر من 1,7 يوافق ذلك رابطة تشاركية.وعندما يكون هذا الفرق أصغر من 1,7يوافق ذلك رابطة تشاركية.
تتشكل الرابطة التساندية عندما تعطي إحدى الذرتين المرتبطتين زوجا إلكترونيا لذرة أخرى (تمتلك مدارا فارغا).وهذا الزوج يربط بين الذرتين ويمثّل بسهم يتجه من الذرة المانحة الى الذرة الآخذة. مثال الهيدرونيوم
كيف نحصل على شوارد الهيدرونيومنحصل على شوارد الهيدرونيوم من تشارد الحموض في المحاليل المائية.
كما تنتج شاردة الهيدرونيوم من تشارد الماء مثال التشارد التلقائي للماء النقي
تتشكل الرابطة الهيدروجينية عندما ترتبط ذرة الهيدروجين من جزئ بذرة شديدة الكهرسلبية من جزئ آخر وبذلك يترابط الجزيئان برابطة هيدروجينية,
ولتشكيل هذه الرابطة يجب أن يتحقق شرطان
الأول :أن تكون ذرة الهيدروجين( في الجزئ الأول ) مرتبطة بذرة شديدة الكهرسلبية في نفس الجزئ
الثاني :أن تملك الذرة شديدة الكهرسلبية ( في الجزئ الثاني) مدارا الكترونيا حرا
لاحظ أن ذرة الهيدروجين في جزئ الماء( القطبي) ترتبط بذرة اكسيجين من جزئ ماء آخر(قطبي ).تتشكل نتيجة ذلك رابطة هيدروجينية بين الجزيئين
الرابطة المشتركة تكون بين ذرات في نفس الجزئ أما الرابطة الهيدروجينية فتكون بين جزيئين مختلفين .لاحظ الفرق بين طول كل من الرابطتين (بالأنغستروم), وهذا يدل على قوة كلا منهما
ملاحظة: الرابطة الهيدروجينية رابطة ضعيفة (وجدنا أنها اطول من الرابطة المشتركة) وهي تزول بالتسخين,وتسبب ارتفاع درجة غليان الما دة التي تحوي هذه الرابطة بين جزيئاتها ,وتمثل هذه الرابطة بشكل خط منقط
تتشكل هذه الرابطة بين ذرتين معدنيتين( أو أكثر),ويتكون خلال ذلك زوج إلكتروني مشترك غير ثابت ,يتكون آنيا بين الذرتين ثم يبتعد الإلكترونان عن بعضهما ليكون كل منهما زوجا مشتركا مع إلكترون ذرو مجاورة
تتشكل شبكة من الشوارد الموجبة مغمورة في الإلكترونات الحرة .
وهذه الرابطة قوية تسبب متانة وقساوة المعدن وارتفاع درجة انصهاره
تتشكل هذه الرابطة عنما تتكدس جزيئات المادة المشبعة تكافؤيا فوق بعضها ,حيث ترتبط هذه الجزيئات فيما بينها برابطة فاندرفالس
السبب هوقوى تنافرية وتجاذبية بين جزيئات المادة (ناتجة عن التأ ثير المتبادل بين نوى وإلكترونات الجزئ الأول مع نوى وإلكترونات الجزئ الثاني), ومحصلة هذه القوى هي قوة تجاذبية ضعيفة تدعى رابطة فانرفالس