Question

شرح مفصل عن الرابطة التساهمية مع الأمثلة والتمارين؟

خواص الروابط التساهمية

Answer 1

الرابطة التساهمية The Covalent Bond

لماذا تتكون الرابطة التساهمية بدلاً من الأيونية لبعض الجزيئات؟ 

- في بعض المركبات لا يمكن تكوين رابطة أيونية وذلك لأن الطاقة الناتجة عن تكوين الأيون السالب وأنتاج المركب الأيوني الصلب ( طاقة الألفة الإلكترونية وطاقة الشبكة البلورية) لا يمكن ان تعوض الطاقة اللازمة للناين (تكوين الأيون الموجب أي الكاتيون) لهذا يلجأ المركب لتكوين رابطة تساهمية بدلا من الرابطة الأيونية.

كيفية تكون الرابطة التساهمية

يمكن توضيح كيفية تكون الرابطة التساهمية من خلال شرح تكوين جزيء الهيدروجين (H₂) حيث تشارك كل فرد بإلكترون ليصبح الزوج الإلكتروني في المنتصف بين الذرتين.

ونتيجة لذلك يحدث تجاذب بين نـواتي الذرتين (الموجبتين) والـزوج الإلكتروني (السالب) عند ذلك تتقارب الترتان من بعضهما ، ويمكن تشبيه الزوج الإلكتروني بحثابة مادة لاصقة للذرتين مع بعضهما ، وهذا هو تفسير قوة الترابط في الروابط التساهمية.

أقسام الروابط التساهمية

تنقسم الروابط التساهمية حسب الفرق في السالبية الكهربية بين الذرات إلي:

(1) الروابط التساهمية غير القطبية (النقية) 

(2) الروابط التساهمية القطبية

متى تتكون الرابطة القطبية ومتى تتكون غير القطبية

يمكن معرفة ذلك من خلال مقارنة الفرق في السالبية الكهربية للذرتين:

(1) إذا كان الفرق في السالبية الكهربية بين الذرتين (0.3) تقريباً فما أقل فإن الرابطة غير قطبية.

(2) إذا كان الفرق في السالبية الكهربية بين الذرتين اكثر من (0.3) واقل من (1.7) فـإن الرابطة قطبية .

أولاً/ الروابط التساهمية غير القطبية (النقية)

- تعريف الرابطة التساهمية غير القطبية: هي رابطة بين ذرتين متماثلتين أو مـتـقـاربتين في السالبية الكهربية ، كما في الأمثلة التالية:

Cl-Cl , N-N , H-C , F-F , C-I

- ملاحظة : فـي حـالـة وجـود نـرتـيـن مـتـشـابـهـنـين فـقـط فـإن الزوج الإلكتروني الرابط يكون في المنتصف بين النرتين .

- تتكون الرابطة التساهمية غير القطبية بين :

(أ) نرات العنصر الواحد ( متساوية في السالبية الكهربية ) مثل: (H-H)

(ب) ذرات لعناصر مختلفة متقاربة في السالبية الكهربية (الفرق في السالبية الكهربية يكون أقل من 0.3) .

 الرابطة التساهمية في جزيء الهيدروجين

الرابطة بين ذرتي الهيدروجين رابطة تساهمـية غير قطبية وذلك لأنهـمـا متماثلتين في السالبية الكهربية، وبالنسبة لكيفية تكون الرابطة فإن كل ذرة تساهم بإلكترون ليتكون زوج إلكتـروني رابط ( في المنتصف بين الذرتين ) ويـنـجـذب مـن قـبل نـواتي الذرتين فـتـرتبـطان. وبالتالي تبقى الذرتين غير مشحونتين.

الرابطة التساهمية في جزيء الكلور

الرابطة بين ذرتي الكلور رابطة تساهمية غير قطبية وذلك لأنهما متماثلتين في السالبية الكهربية، وبالنسبة لكيفية تكون الرابطة فإن كل ذرة تساهم بإلكترون ليتكون زوج إلكتروني رابط ينجذب من قبل نواتي الذرتين فترتبطان ، وبالتالي تبقى الذرتين غير مشحونتين.

الرابطة التساهمية بين الكربون والهيدروجين

الرابطة بين الكربون والهيدروجين تساهمية غير قطبية وذلك لأن الذرتين متقاربتين في السالبية الكهربية وبالنسبة لكيفية تكون الرابطة فإن كل ذرة تساهم بإلكترون ليتكون زوج الكتروني رابط يكون بين الذرتين وبالتالي تبقى النرتين غير مشحونتين.

القيم التقريبية للسالبية الكهربية لأهم العناصر حسب مقياس باولنج

Answer 2

ثانياً/ الروابط التساهمية القطبية

تعريف الرابطة التساهمية القطبية

هي رابطة بين ذرتين متباعدتين في السالبية للكهربية مما يجعل الزوج الرابط أقرب إلى الذرة التي لها سالبية كهربية أعلى ، كما في الأمثلة التالية:

H-Br ,  H-Cl ,  H-O , N-H

ملاحظات:

- تتكون الرابطة القطبية بين ذرتين إذا كان الفرق في السالبية الكهربية بين الذرتين أكثر من (0.3) وأقل من (1.7).

- يمكن اعتبار الرابطة القطبية مرحلة متوسطة بين الرابطة الأيونية والرابطة التساهمية غيرالقطبية.

- قطبية الرابطة تمثل بسهم يتجه نحو الذرة الأعلى في السالبية الكهربية كما يلي:

الرابطة التساهمية القطبية في جزي فلوريد الهيدروجين. 

الرابطة بين الـهـيـدروجين والفلور رابطة تسـاهمـيـة قطبـيـة وذلك لوجـود فـرق كـبـيـرفي السالبية الكهربية بين الذرتين. وبالنسبة لكيفية تكون الرابطة فإن كل ذرة تساهم بإلكترون ليتكون زوج الكتروني رابط يكون أقرب للذرة الأعلى في السالبية الكهربية (F) وبذلك تكتسب ذرة الفلور شحنة جزئية سالبة، والهيدروجين شحنة جزئية موجبة

ملاحظة:

إذا كان هناك فرق كبير في السالبية الكهربية بين الذرتين المرتبطتين فإن الذرة ذات السالبية الكـهـربـيـة الأعلى(الفلور) تجـذب الزوج الإلـكـتـرونـي لـهـا بدرجـة أكـبـر ، بمعنى أن الزوج الإلكتروني الرابط يقضي معظم وقته عند ذرة (الفلور) ، أي أن الكثافة الإلكترونية حول ذرة الفلور تكون أعلى منها حول ذرة الهيدروجين.

ونتيجة لذلك تتكون شحنة جزئية سالبة على الفلور ، وشحنة جزئية موجبة على الهيدروجين . ونتيجة لذلك يعتبـر الجزيء قطبي ، أي له قطبـان أحدهما قطب مـوجب (يحمل شحنة جزئية موجبة) والآخر قطب سالب ( يحمل شحنة جزئية سالبة) .

الرابطة التساهمية القطبية بين الأكسجين والهيدروجين

الرابطة بين الاكسجين والهيدروجين تساهمية قطبية وذلك لوجود فرق كبير في السالبية الكهربية بين الذرتين. وبالنسبة لكيفية تكون الرابطة فإن كل ذرة تساهم بإلكترون ليتكون زوج إلكتـروني رابط يكون أقـرب للذرة الأعلى في السـالـبـيـة الـكـهـربيـة (O) وبذلك تكـتـسـب ئرة الأكسجين شحنة جزئية سالبة والهيدروجين يكتسب شحنة جزئية موجبة.

- تزداد قطبية الرابطة كلما زاد الفرق في السالبية الكهربية بين الذرتين.

Answer 3

أمثلة محلولة على الروابط التساهمية

مثال (1): أيهما اعلى قطبية الرابطة (O - H) أم الرابطة (N - H) ؟

الأعداد الذرية : ( 7 = O = 8 , H=1 , N)

الحل:

₇N: 1s² 2s² 2p³

₈O: 1s² 2s² 2p⁴

يتبين من التوزيع الإلكتروني أن العنصرين N, O يقعان في دورة واحدة. 

:. السالبية الكهربية لـ O أعلى من N . وهذا يعني ان الفرق في السالبية الكهربية بين (O - H) أعلى من الفرق في السالبية الكهربية بين (N - H).

:. قطبية (O -H) أعلى لأن الفرق في السـالبـيـة الكهربية بين (O-H) اعلى من الفـرق في السالبية الكهربية بين (N - H) .

مثال (2): أيهما أعلى قطبية (H₂S) ام (H₂Se)؟ 

الاعداد الذرية : ( 34 = H=1 , S = 16 , Se)

الحل:

₁₆S :1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴

₃₄Se :1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁴

يتبين من التوزيع الإلكتروني أن العنصرين S , Se يقعان في مجموعة واحدة وهذا يعني أن السالبية الكهربية لـ S اعلى من Se.

لذلك فأن قطبـيـة (H₂S) أعلى لأن الفرق في السـابـيـة الكهربية بين (S - H) أعلى من الفرق في السالبية الكهربية بين (Se - H) .

مثال (3): قارن بين قطبية: HF , HCl , HBr , HI. 

الأعداد الذرية : ( 53 = H=1, F=9 , Cl= 17 , Br = 35 , I)

الحل:

₉F: 1s² 2s² 2p⁵

₁₇Cl:  1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵ 

₃₅Br: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁵

₅₃I : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁵

- يتبين من التوزيع الإلكتروني أن العناصر F, Cl, Br, I تقع في مجموعة واحدة وحيث أنه بازدياد العدد الذري في المجموعة الواحدة تقل السالبية الكهربية للعنصر وبالتالي يقل الفارق في السالبية الكهربية بينها وبين الهيدروجين (H).

هل كل جزيء يحتوي على روابط قطبية يعتبر قطبي ؟

 الإجابة: (لا)

 فمثلأجزيء ثاني أكسيد الكربون CO₂ يـعـتـبـر غـيـر قطبي مع أنـه يـحـتـوي على رابطة قطبـيـة بين الكربون والأكسجين ( O - C ) . ولذلك نقـول أن الجـزيـئـات عـديدة الذرات تعتمد قطبيتها على :

(۱) وجود روابط قطبية في الجزيء .

(۲) الشكل الهندسي للجزيء .

خواص المركبات التساهمية

(1) المركبات التساهمية غير موصلة للتيار الكهربي لأنها لا تحتوي على أيونات ولكن بعض المركبات التساهمية القطبية إذا أذيبت في الماء نتأين إلى أيونات فيصبح محلولها موصل للتيار الكهربي.

(2) أغلب المركبـات التسـاهمية لا تذوب في الماء ولكن تذوب في المذيبات العضوية كالبنزين ورابع كلوريد الكربون وذلك لأن الـتـجـاذب بين جزيئات المذيبات العضوية ضعيف مما يمكن الجزيئات التساهمية من الانتشار بينها .

(3) درجة غليانها وانصهارها منخفضة وذلك لأن قوة التجاذب بين جزيئاتها ضعيف جداً. 

(4) معظم المركبات التساهمية مركبات متطايرة وذلك لأن قوى النـجـانب بين جزيئاتها ضعيف مثل : NH₃ , F₂ , HCl