الرابطة التساهمية
ثانياً : الرابطة التساهمية
-هي رابطة تحدث بين لافلزين (عنصرين الفرق في السالبية الكهربية بينهما أقل من 1.7)
وفيها تشارك كل ذرة بإلكترون مفرد في الرابطة
* أنواع الروابط التساهمية :
-رابطة تساهمية نقية :
وتحدث عندما تكون الذرتان متساويتين في السالبية الكهربية (ذرتين متشابهتين)
مثل الرابطة في جزئي الهيدروجين H2 ( مكون من ذرتين هيدروجين )
وفي هذه الرابطة يقضي إلكترونا الرابطة وقتاً متساوياً في حيازة كل ذرة ،وتكون الشحنة النهائية لكل ذرة مساوية صفراً.
- رابطة تساهمية قطبية :
وتحدث بين ذرتين مختلفتين في السالبية الكهربية
مثل الرابطة في جزئ كلوريد الهيدروجين HCl (ذرة كلور وذرة هيدروجين)
في هذا المثال : السالبية الكهربية للكلور = 3 وللهيدروجين =2.1
فذرة الكلور أكثر سالبية من ذرة الهيدروجين ،لذلك يقضي إلكتروني الرابطة فترة أطول مع ذرة الكلور ،فتظهر عليها شحنة سالبة جزيئية ،وتظهر على ذرة الهيدروجين شحنة موجبة جزيئية
* النظريات التي فسرت تكوين الرابطة التساهمية :
أولا : النظرية الإلكترونية للتكافؤ ( نظرية الثمانيات )
-وضع النظرية " لويس " وكوسل " سنة 1916
-تنص النظرية على :
" بخلاف الهيدروجين والليثيوم والبريليوم - تميل ذرات جميع العناصر إلي الوصول إلي التركيب الثماني (تشبه الغاز الخامل )أي حالة الاستقرار
-لذلك تشارك الذرة غيرها من الذرات بعدد من الإلكترونات يساوي العدد الذي تحتاجه ؛حتى يكتمل مستواها الأخير بـ 8 إلكترونات
مثال تكوين جزئي الفلور F2
عيوب النظرية
1- لم تستطع النظرية تفسير الروابط في بعض المركبات مثل
جزئ خامس كلوريد الفوسفور PCl5 (تحاط ذرة الفوسفور بـ 10 إلكترونات وليس ثمانية )
وكذلك جزئ ثالث فلوريد البورون BF3 (إذ تحاط ذرة البورون بـ 6 إلكترونات وليس 8 )
2-لم تفسر النظرية بعض خواص الجزيئات مثل الشكل الفراغي - والزوايا بين الروابط
ثانيا : نظرية رابطة التكافؤ
-بنيت هذه النظرية على أساس ميكانيكا الكم والطبيعة المزدوجة للإلكترون
- تبقي النظرية على صورة الذرات المفردة
تفسر النظرية تكوين الرابطة التساهمية عن طريق تداخل أوربيتالات أحد الذرتين ،وبه إلكترون مفرد مع أوربيتال به إلكترون مفرد من الذرة الأخرى
مثال :
تكوين جزئ فلوريد الهيدروجين
تتم الرابطة بتداخل أوربيتال 1s من الهيدروجين (يحتوي على إلكترون مفرد) مع أورتبال 2Py (يحتوي على إلكترون مفرد ) من الفلور
1H = 1s1
gF = 1s2,2s2,2PX2,2PY2,2PZ1
ذرة الفلور :
نلاحظ أن الاوربيتالات الأخري لا تتداخل لتشبعها بـ 2 إلكترون لكل منها
* تركيب جزئ الميثان :
-جزئ الميثان CH4 مكون من ذرة كربون وأربع ذرات هيدروجين
-ترتبط ذرة الكربون مع ذرات الهيدروجين ،عن طريق روابط تساهمية متساوية في الطول والقوة (الطاقة)
1- يأخذ جزئ الميثان شكل الهرم الرباعي
2- قيم الزوايا بين كل رابطة والأخرى =28َ 109ْ
تفسير تركيب جزئ الميثان
1- تركيب ذرة الكربون 1s2, 2s2,2P1X,2Py1
2-ذرة الكربون بها 2 إلكترون مفرد - واوربيتال 2PZفارغ
3- تكتسب الذرة كمية من الطاقة
وتصبح الذرة مثارة وينتقل إلكترون من المستوي
الفرعي 2s إلي الأوربيتال الفارغ 2P2 ،ويصبح تركيب ذرة الكربون كالآتي:
ويصبح لذرة الكربون 4 أوربيتالات ،بكل منها إلكترون واحد ولكنها غير متساوية في الطاقة أو الاتجاه الفراغي لذلك تحدث عملية تهجين بين الأوربيتال 2sوالأوربيتالات الثلاثة2P وتنتج أربع أوربيتالات مهجنة متساوية في الطاقة
1(2S) + 3(2P)
4 SP3* التهجين :
هو تداخل أوربيتالين أو أكثر (متقاربين في الطاقة ) في الذرة نفسها لتنتج أوربيتالات مهجنة متساوية في الطاقة في المثال السابق.
يحدث التهجين بتداخل الأوربيتال 2S مع الأوربيتالات الثلاثة 2P وينتج 4 أوربيتالات مهجنة من نوع SP3
نلاحظ أن :
1-يحدث التهجين في الذرة نفسها.
2-يحدث التهجين بين أوربيتالات قريبة في الطاقة .
3-عدد الأوربيتالات المهجنة يساوي عدد الأوربيتالات النقية الداخلة في التهجين .
4-الأوربيتالات المهجنة متساوية في الطاقة .
5-الأوربيتالات المهجنة أكثر بروزاً من الأوربيتال العادي؛ مما يسهل عملية التداخل
6-تأخذ الأوربيتالات المهجنة رموز الأوربيتالات العادية نفسهاd-p-s
تفسير قيم الزوايا بين الروابط :
الأوربيتال المهجن هو إلكترون سالب . ولكي يقل التنافر بين الأوربيتالات لأقل قدر فإن الأوربيتالات تأخذ أشكالاً فراغية لتسمح بزاوية بينهما مقدارها 28َ 109ْ
* جزئ الميثان
يحدث التداخل بين الأوربيتالات المهجنة في الكربون والأوربيتالات في ذرات الهيدروجين الأربعة ويأخذ الشكل المجسم شكل الهرم الرباعي
مثال آخر تكوين جزئ الايثيلين C2H4
1- يحدث أثارة لذرتي الكربون ليصبح في كل منها 4 أوربيتالات يحتوي كل أوربيتال على إلكترون مفرد
2- يحدث التهجين بين الأوربيتال 2s والأوربيتالين 2PX ، 2Py في كل ذرة كربون وينتج 3 أوربيتالات من نوع sp2
1(2S) + 2( 2P) 3 SP2
3 SP2 ولتقليل التنافر بين الأوربيتالات ،تصبح الزاوية بين كل أوربيتالين = 120ْ
3- ثم يحدث التداخل بين أوربيتالات ذرتي الكربون وذرات الهيدروجين كالآتي
أ- تداخل أوربيتال من نوع SP2 من ذرة الكربون مع الأوربيتال 1S من الهيدروجين ؛لتكوين الرابطة C - H
ب- تداخل بين الأوربيتالين المهجنين SP2 بين ذرتي الكربون لتنتج الرابط C-C (بالرأس)
ج- تداخل بين الأوربيتالين غير المهجنين 2Pz بين ذرتي الكربون لتنتج رابطة C-C بالجانب (وتكون عمودية على الروابط السابقة) .
ويصبح شكل جزئي الإيثيلين
ثالثاً : نظرية الأوربيتالات الجزيئية :
-اعتبرت نظرية الأوربيتالات الجزيئية كوحدة واحدة أو ذرة كبيرة متعددة الأنوية
-يحدث التهجين عن طريق تداخل جميع الأوربيتالات الذرية المكونة للجزئ
- يرمز للأوربيتالات المهجنة بالرموز سيجما (
) وباي (
) ودلتا (
)
) وباي () ودلتا () الرابطة سيجما
-تنشأ من تداخل الأوربيتالات الذرية مع بعضها البعض بالرأس (أي على خط واحد)
- الرابطة سيجما أقوي من الرابطة باي
مثال : تداخل الأوربيتال المهجن sp2 لذرة الكربون مع الأوربيتال 1s لذرة الهيدروجين في جزئ الايثيلين
وأيضاً تداخل الأوربيتالين المهجنين sp2 لذري الكربون في نفس الجزئ
الرابطة باي :
: - تنشأ من تداخل الأوربيتالات الذرية مع بعضها بالجنب (بالتوازي )
- وهي أضعف من الرابطة سيجما
مثال : تداخل الأوربيتالين 2pz في كل من ذرتي الكربون في جزئ الايثيلين
تفسير تركيب جزئ الاسيتيلين C2H2
-تحدث الإثارة ويصبح تركيب ذرة الكربون كالآتي :
- يحدث التهجين بين أوربيتال (2S)مع أوربيتال واحد من 2P في كل ذرة كربون ينتج 2 أوربيتال مهجن من النوع SP في كل ذرة
1(2S) + 1 (2P)
2 (SP)ويظل الأوربيتالان 2Py ، 2Pz غير مهجنين
- تصبح الزاوية بين الأوربيتالين المهجنين = 180ْ
- يحدث تداخل الأوربيتالات كالآتي :
- روابط سيجما . بين sp في الكربون والأوربيتال 1s في الهيدروجين
. بين sp ، sp في ذرتي الكربون
-روابط باي . بين الأوربيتالين غير المهجنين 2Py في ذرتي الكربون
. بين الأوربيتالين غير المهجنين 2Pz في ذرتي الكربون
ويصبح جزئ الاسيتيلين C2H2
كالآتي :
* خواص المركبات التساهمية :
1-الذوبان : لا تذوب في المذيبات القطبية كالماء لعدم وجود أيونات - تذوب في المذيبات العضوية فتنشر الجزيئات بين روابط المذيب الضعيفة
2-درجات الانصهار والغليان :
منخفضة لسهوله كسر الرابطة الضعيفة في المركب
3-التوصيل الكهربي : لا توصل التيار لعدم تأين جزئياتها (لا تكون أيونات )
