الكيمياء
العضوية
القسم
الأول
8- الرابطة التساهمية - The
covalent bond
لندرس الآن تشكل جزيء ما.
وللتبسيط سنصور الأمر كأنه يحدث نتيجة إلتحام الذرات المفردة، بالرغم من أن أغلب الجزيئات
لا تتشكل بهذه الطريقة. إننا نقوم بصنع نماذج للجزيئات من الخشب أو بوساطة الكرات البلاستيكية
تمثل مختلف الذرات؛ وتدلنا مواقع الثقوب ووصلات التثبيت كيف نجمعها بعضها مع بعض. وسنقوم
بنفس الأسلوب، بصنع نماذج تخيلية للجز بنات باستخدام ذرات تخيلية؛ إن مواقع المدارات
الذرية - بعضها تخیلی - ستدلنا إلى طريقة تجميع هذه الذرات بعضها مع بعض.
ولكي تتشكل رابطة مشتركة،
يجب أن تتوضع ذرتان بحيث يتراكب
overlap أحد مدارات واحدة
منهما مع مدار الذرة الأخرى، ويجب أن يشغل كل مدار إلكترونة مفردا. وعندما يحدث ذلك
يندمج المدار أن الذریان مشکلين مدارا رابطة مفردة يشغله كلا الالكترونين، ويجب أن
يكون للالكترونين اللذين يشغلان مدارا رابطا بلف ذاتي متعاكس، أي يجب أن يكونا زوجين،
ويكون المدار الرابط متاحا بكليته لكل من الالكترونين، ويجب أن نفترض أنه ينتمي لكل
من تواتي الذرتين.
يوافق هذا الترتيب للالكترونات
والنوى، طاقة أقل - أي استقرار أكبر - من الترتيب الموافق للذرات المعزولة؛ و بالنتيجة،
فإن تشكل الرابطة يترافق بتحرر الطاقة. يدعی مقدار الطاقة لكل مول المعطى عند تشكل
رابطة أو مقدار الطاقة اللازم تقديمه لكسر الرابطة طاقة تفارق الرابطة bond dissociation energy. ففي حالة زوجين من الذرات تكون الرابطة أقوى
كلما كان التراكب بين المدارات الذرية أكبر.
ما الذي يعطي الرابطة المشتركة
قوتها؟ إنه التزايد في التجاذب الكهرساكن. يكون لكل إلكترون في الذرات المعزولة مجذوبا
- وجاذبا - لنواة موجبة واحدة. أما في الجزيء، فيكون كل إلكترون مجذوبة إلى نواتین
موجبتين اثنتين وكذلك جاذبا لهما.
إن مفهوم التراكب الذي
يوفر الجسر التخيلي بين المدارات الذرية والمدارات الرابطة. يعني تراكب المدارات الذرية
أن المدار الرابط يشغل معظم المنطقة من الفراغ التي كان يشغلها المداران الذريان كلاهما.
وبالنتيجة يستطيع الكترون ذرة ما، ولمدة طويلة، البقاء في موقعه الأصلي المفضل بالنسبة
إلى نواته، وبنفس الوقت يشغل موقعا مفضلا مشابها بالنسبة إلى النواة الثانية، وينطبق
الأمر ذاته، بالطبع، على الالكترون الآخر. لقد درس التراكب الأعظمي لأول مرة لينوس
باولينغ L
. Pauling عام 1931 (في معهد
كاليفورنيا للتقانة)، وقد صنف في درجة أدنى من مبدأ الاستبعاد من حيث أهميته لفهم البنية
الجزيئية.
وكما في مقالنا الأول،
لندرس تشكل جزيء الهيدروجين، H2،
من ذرتي هيدروجين، تملك كل ذرة هيدروجينية الكترونة واحدة، يشغل المدار 12. كما رأينا
فإن المدار 15 هو كرة ينطبق مرکزها على نواة الذرة. ولكي تتشكل الرابطة، يجب أن تقترب
النواتان إلى درجة تكفي لحدوث تراكب المدارات الذرية
وفي حالة الهيدروجين
تكون المنظومة في حالة الاستقرار الأعظمي عندما تكون المسافة بين النواتين مساوية 0.74A
تدعى هذه المسافة
"طول الرابطة" bond length، يتوازن عند هذه المسافة التأثير الاستقراري
للتراكب تماما مع قوة تدافع بين النواتين المتمائلتي الشحنة. يحتوي جزيء الهيدروجين
الناتج طاقة أقل بمقدار 104 کیلو حريرة أمول من مجموع طاقتي ذرتي الهيدروجين المشكلتين
له. ونقول، عندئذ، أن طول الرابطة هيدروجين - هيدروجين يساوي .740 A وأن قوتها تساوي 104 کیلو حريرة أمول.
يملك المدار الرابط، تقريبا،
الشكل الذي نتوقعه لدى اندماج مدارین من نوع .
فإنه على هيئة النقانق
sausage بحيث يتوضع محورها الطويل وفق
الخط الواصل بين تجمع النواتين. وهو مدار متناظر اسطوانية حول هذا المحور الطويل، أي
أن مقطع النقانق يكون دائري. تسمى المدارات الرابطة التي لها هذا الشكل المدارات و
مدارات سيغما) وتدعى الروابط، الروابط ، ويمكن أن نصور جزيء الهيدروجين على شكل نوانین
مغمورتين ضمن سحابة الكترونية واحدة على هيئة النقانق. تكون هذه السحابة أكثف ما يمكن
في المنطقة الواقعة بين الذرتين، حيث تجذب الشحنة السائبة أشد ما يمكن من قبل الشحنتين
الموجبتين.
إن حجم جزيء الهيدروحين
. كما قيس بوساطة الحجم الموجود داخل السطح الاحتمالی 95% أصغر بكثير من حجم ذرة الهيدروجين
المفردة، قد نستغرب ذلك في البداية، إلا أن تناقص السحابة الالكترونية هو ما يجب أن
نتوقعه . إن الجذب الهائل الذي تقوم به النواتان للالكترونين هو الذي يعطي الجزيء استقراره
الكبير بالمقارنة مع الذرتين المعزولتين؛ وهذا يجب أن يعني أن الالكترونين قد تبتا
بشكل وثيق في موقع أقرب مما عليه الحال في الذر تین الدرس الأن تشكل جزيء الفلور، F2، من ذرتي فلور. فكما نرى من جدول التشكيلات الالكترونية
فإن الفلور يملك الكتروئین
في المدار 18، والكترونين في المدار 25، والكترونين في كل من المدارين 2p، والكترونا واحدة في المدار 2p الثالث، وهو الكترون مفرد و متوافر لتشكيل رابطة.
يسمح تراكب هذا المدار مع مدار آخر مماثل تابع لذرة فلور أخرى، بتزاوج الالكترونين
المفردین و تشکیل الرابطة
تتركز الشحنة الالكترونية
بين النواتين، وهكذا فإن الانتفاخ الخلفي لكل من المدارين المتراكبين يتقلص إلى حجم
صغير نسبيا. وعلى الرغم من أن الرابطة فلور - فلور قد تشكلت نتيجة تراكب مدارات ذرية
من نوع مختلف إلا أن لها نفس الشكل العام الذي
للرابطة هيدروجين - هیدروجين،
أي أنها ذات تناظر اسطواني حول الخط الواصل بين النواتين؛ وتسمى كذلك رابطة . يبلغ
طول الرابطة فلور - فلور A1
. 42 وتبلغ قوتها نحو
38 کیلو حریرة مول. وكما تبين الأمثلة، فإن الرابطة المشتركة تنتج عن تراکب مدارین
ذريين لتشكيل مدار رابط يشغله زوجان مسن الالكترونات. ويكون لكل نوع من الروابط المشتركة
طول وقوة تميز اها عن غيرها.
Comments
Post a Comment