61

الرابطة الكيميائيةالفصل 5Chemical Bond

إذا افترضنا أن الكترونات الجزيئات الاقطبية قد ارتبطت بحيث ال تستطيع أن تبتعد كثيرا عن مواقعها األولية، والكترونات الجزيئات القطبية )الشاردية(، أكثر حرية فيتحركها لدرجة أنها

قد تسبب انقساما لهذه الجزيئةإلى قسمين أحدهما موجب واآلخرسالب الشحنة. من هذا اإلفتراض، يمكن اعتبار جميع الخواص المميزة لهذين النوعين

من الجزيئات هي نتيجة هذه الفرضيةJ.Lewis 1875- 1946 لويس

أفكاررئيسة:

تعّبر رموز لويس النقطي عن عدد الكترونات التكافؤ الموجودة في ذرة عنصر ما. 1-

ــة 2- ــي حال ــن بالرابطــة. وف ــن المرتبطي ــات بالذرتي ــن االلكترون ــة الرابطــة المشــتركة يتشــارك زوج م ــي حال فالروابــط المتعــددة المشــركة ، يتشــارك زوجــان أو ثاثــة أزواج مــن االلكترونــات وبالتالــي يمكــن أن توجــد بيــن ذرتــات رابطتــان أو ثاثــة روابــط. تســمى اإللكترونــات المســاهمة بتشــكيل روابــط كيميائيــة بإلكترونــات

التكافــؤ.

تقيس الكهرسلبية قابلية ذرة ما لجذب االلكترونات في الرابطة الكيميائية 3-

تســطيع قاعــدة الثمانيــة أن تتنبــأ بتشــكيل عــدد كاف مــن الروابــط المشــتركة فــي ذرة مــا ، أي تحــاط الــذررة 4-بثمانيــة الكترونــات فــي طبقتهــا الخارجيــة )هــذا بالنســبة لــكل مــن الذرتيــن المرتطبتيــن برابطــة مشــتركة(.

قوة الرابطة هي مقياس لطاقة الرباطة. 5-

الرابطــة الشــاردية )االيونيــة( التــي تتشــغل مــن فقــدان الكتــرون فــي الطبقــة الخارجيــة لعنصــر معدنــي ويتحول 6-الــى شــاردة ســالبة والتجــاذب بيــن هاتيــن الشــاردتين يــؤدي الــى تشــكيل مركــب شــاردي

62

الرابطــة التســاندية المشــتركة يمكــن اعتبارهــا رابطــة مشــتركة ألنهــا ناتجــة عــن زوج الكترونــي تقدمــة ذرة 7-الــى ذرة أخــرى تحــوي مــداراً شــاغراً فــي الطبقــة الخارجيــة

والرابطــة المعدنيــة تختلــف عــن الروابــط االخــرى حيــث ينظــر الــى الــذرات المعــدن وكأنهــا شــوارد موجبــة 8-تختلــف عــن الكتروناتهــا التكافؤيــة تتحــرك بحريــة بيــن شــوارد والمعــدن الموجبــة بحيــث تبــدو وكأنهــا تســبح

فــي بحــر مــن االلكترونــات )Ref. R.Chang P. 366 – 380(

ــة ــكل الجزيئ ــة تش ــول كيفي ــق ح ــا أعم ــي، تفهم ــب االلكترون ــدوري والترتي ــدول ال ــور الج ــى تط ــد أعط لقــى ــا لتصــل ال ــذرات مــع بعضه ــي: تتحــد ال ــر اآلت ــس التعبي ــي لوي ــك، صــاغ الكيميائ ــى ذل ــاء عل والمركــب. وبنترتيــب الكترونــي أكثــر اســتقرارا. ويحــدث االســتقرار األعظمــي، عندمــا يصبــح الترتيــب االلكترونــي للــذرات

ــل. ــاز نبي ــي لغ ــب االلكترون المتحــدة مســاويا للترتيــي ــة، ه ــكيل الرابط ــاركة بتش ــات المش ــإن االلكترون ــة، ف ــة كيميائي ــكيل رابط ــا لتش ــل ذرة م ــا تتفاع وعندممــن اإللكترونــات الموجــودة فــي الطبقــة أألخيــرة المشــغولة بالكترونــات تعــرف بإســم الكترونــات التكافــؤ

)Valence Electrons(.

ولمتابعــة الكترونــات التكافــؤ بعــد التفاعــل الكيميائــي، وللتأكــد مــن أن العــدد الكلــي لالكترونــات لــم يتغيــر، ــث يرمــز ــاط للويــس Lewis dot symbols(، حي ــا يعــرف باســمه )رمــوز النق ــس نظام ــي لوي ــرح الكيميائ اقتللعنصــر وحولــه نقــاط، وكل نقطــة تمثــل الكترونــاً واحــداً. ســوف نعتمــد هــذا النظــام عندمــا تدعــو الحاجــة لمتابعــة

التغيــر االلكترونــي للعنصــر. يبيــن الجــدول الــدوري التالــي الترتيــب االلكترونــي حســب نظــام لويــسماحظة: يلحظ في هذا النظام الكترونات الطبقة األخيرة للعنصر فقط.

63

9.1

5.1 .:ChemicalBondsالكيميائيةالروابطتصنــف الروابــط الكيميائيــة باالعتمــاد علــى كيفيــة مســاهمة الكترونــات التكافــؤ فــي تشــكيل الرابطــة التــي

يمكــن أن تكــون أحــد األشــكال التاليــة:

5.1.1.:The Ionic Bond))األيونيةالشارديةالرابطةA)Ref. R.Chang P. 367(

توجــد الرابطــة الشــاردية فــي المركبــات التــي نتجــت مــن تفاعــل ذرات عنصــر معدنــي مــع ذرات عنصــر ال معدنــي حيــث ينتقلــل الكتــرون مــن الطبقــة الخارجيــة لــذرة المعــدن إلــى ذرة الامعــدن، تســمى هــذه المركبــات

.)Ionic Compounds( ــاردية ــات الش بالمركبيِمكــن توضيــح الرابطــة الشــاردية فــي مركــب كلــور الصوديــوم. يوجــد فــي الطبقــة الخارجيــة لــذرة الصوديــوم ــزع هــذا ــك يمكــن ن ــوم منخفضــة، لذل ــذرة الصودي ــة التشــرد ل ــا ســابقاً أن طاق ــا رأين ــد 3S1. وكم ــرون وحي الكتــب ــا مســاويا الترتي ــا الكتروني ــة ترتيب ــوم الموجب ــح لشــاردة الصودي ــة، ويصب ــل مــن الطاق ــدار قلي ــرون بمق االلكتاألكترونــي للغــاز النبيــل نيــون Ne. أمــا الترتيــب االلكترونــي لــذرة الكلــور يــدل علــى وجــود ســبعة الكترونــات فــي الطبقــة الخارجيــة، وطاقــة تشــردها عاليــة جــداً وإلفتهــا االلكترونيــة أيضــاً عالية جــداً، لذلــك تســتقبل االلكترون الــذي فقدتــه ذرة الصوديــوم ويصبــح الترتيــب االلكترونــي لشــاردة الكلــور الســالبة مســاوياً للترتيــب االلكترونــي

.Ar للغــاز النبيــل المجــاور لهــا األرغــونتجــذب شــوارد الكلــور الســالبة شــوارد الصوديــوم الموجبــة ليتشــكل المركــب الشــاردي كلــور الصوديــوم علــى هيئــة بلــورات صلبــة، تحــاط فيهــا كل شــاردة صوديــوم بســتة شــوارد مــن الكلــور والعكــس صحيــح، كل شــاردة

كلــور تحــاط بســتة شــوارد صوديــوم. بمعنــى آخــر يســاوي عــدد شــوارد الكلــور عــدد شــوارد الصوديــوم.

64

ionic compounds consist of a combination of cations and an anions• the formula is always the same as the empirical formula

• the sum of the charges on the cation(s) and anion(s) in each formula unit must equal zero

The ionic compound NaCl

يبيــن المثــال التالــي تشــكل مركــب فلــور الليثيــوم )LiF( مــن عنصــر الليثيــوم الــذي يقــدم الكترونــه الخارجــي 2.6ويصبــح ترتيبــه االلكترونــي مســاوياً للغــاز النبيــل الهليــوم وتكتســب ذرة الفلــور ذات اإللفــة االلكترونيــة األعلــى

.Ne ويصبــح ترتيبهــا االلكترونــي مســاوياً للترتيــب االلكترونــي لــذرة غــاز النيــون النبيــلــة ــة أن الجزيئ ــة والمحصل ــوارد المتعاكس ــن الش ــي بي ــاذب كهربائ ــو تج ــوارد ه ــذه الش ــن ه ــط بي ــذي يرب المتعادلــة كهربائيــاً. وتتشــكل شــبكة مــن الوحــدات البلوريــة المرتبطــة ببعضهــا بواســطة مــا يســمى بالطاقــة الشــبكية )Lattice Energy( التــي هــي الطاقــة الازمــة لفصــل كلــي لجزيئــة مــن مركــب ِشــاردي صلــب إلــى حالتهــا

الغازيــة.Lattice Energy)E(: Is the energy required to completely separate one mole of a solid

ionic compound into gaseous state.

5.1.2.:CovalentBondالمشتركةالرابطة)Ref. R.Chang P.374(تــدل هــذه الرابطــة الكيميائيــة علــى المشــاركة االلكترونيــة بيــن الــذرات المشــكلة للمركــب. هــذا النــواع مــن المشــاركة االلكترونيــة هــو الــذي يــؤدي إلــى تشــكل مــا يســمى الرابطــة المشــتركة فــي المركــب الناتــج والــذي يســمى مركــب مشــترك )Covalent Compound(. والــزوج االلكترونــي للرابطــة المشــتركة منجــذب بنواتــي ــي ــاركة ه ــات المش ــا. وااللكترون ــع بعضهم ــن م ــك الذرتي ــن تماس ــؤول ع ــو المس ــاذب ه ــذا التج ــن، وه الذرتيالكترونــات التكافــؤ لــكا الذرتيــن. وتصبــح كل ذرة تملــك نتيجــة المشــاركة االلكترونيــة عــدداً مــن االلكترونــات مســاوياً اللكترونــات غــاز نبيــل )تصبــح الكترونــات الفلــور مســاوية اللكترونــات غــاز النيــون فــي جزيئــة الفلــور

ــة الهيدروجــن مســاوية اللكترونــات غــاز الهليــوم(. والكترونــات الهيدروجيــن فــي جزيئ 2P ال بــد مــن التذكيــر أن الترتيــب االلكترونــي لــذرة الفلــور تبيــن وجــود الكتــرون مفــرد فــي أحــد المــدارات

65

وهــو االلكتــرون المشــارك بالرابطــة، وينتــج عــن ذلــك امتــاء مــدارات الطبقــة الخارجيــة مثــل غــاز نبيــل لــه نفــس عــدد االلكترونــات. امتــاء الطبقــة الخارجيــة يذكــر بقاعــدة تعــرف باســم قاعــدة الثمانيــة )Octet Rule( وهــذه

مطبقــة علــى كل الغــازات النبيلــة مــا عــدا غــاز الهليــوم.مثال آخر يبين االرتباط بين أكثر من ذرتين ولتكن جزيئة الماء.

يبــدو مــن صيغــة لويــس لجزيئــة المــاء )نظــام النقــاط لالكترونــات( أن فــي ذرة األكســجين الكترونــان فرديــان ــا فــي الطبقــة الخارجيــة وبواســطتهما يمكــن تشــكيل رابطتــان مشــتركتان، ألن ذرة الهيدروجيــن تحــوي الكترون

مفــردا قــادرا للمشــاركة.

)Triple Bond( وكذلــك الرابطــة الثاثيــة )Double Bond( يمكــن أن تتشــكل مــا يســمى الرابطــة الثنائيــةفــي العديــد مــن المركبــات كمــا فــي مركــب CO2 وجزيئــات غــاز النيتروجيــن N2 علــى التوالــي وغيرهمــا.

إن أطوال الروابط الثنائية أقصر من الروابط األحادية وأطول من الروابط الثاثية.

Bond Type

Bond Length)pm(

C-C 154

C=C 133

C≡C 120

C-N 143

C=N 138

C≡N 116

Lengths of Covalent Bonds

Bond LengthsTriple bond < Double Bond < Single Bond 9.4

66

عندمــا ترتبــط ذرتــان مختلفتــان فــإن قــوة تجــاذب الذرتــان للــزوج االلكترونــي الرابــط مختلفــة، وهــذا مــا يــؤدي .)Polar Bond( إلــى مــا يســمى اســتقطاب الرابطــة المشــتركة وبالتالــي تســمى الرابطــة المســتقطبة

ــد مــن شــرح ظاهــرة الكهرســلبية، المســؤول عــن اســتقطاب ــوع مــن الروابــط الب ــم عــن هــذا الن ــل التكل وقبــط. ــرة اســتقطاب الرواب ــك تتوضــح فك ــة، وبذل الرابطــة المشــتركة بدرجــات مختلف

5.1.2.1 .:Electronegativityالكهرسلبية)Ref. R.Chang P. 377(تعــّرف الرابطــة المشــتركة القطبيــة بالرابطــة التــي يوجــد بينهــا الكترونــي الرابطــة أقــرب إلى ذرة مــن األخرى ــرح مفهــوم ــك اقت ــن(. لشــرح ذل ــن المرتبطتي ــي الذرتي ــى بجــوار إحــدى نوات ــة تكــون أعل ــة االلكتروني )أي الكثافالكهرســلبية الــذي يعــرف كالتالــي: قابليــة أو ميــل الــذرة لجــذب الكترونــات الرابطــة الكيميائيــة. وإختــاف هــذه

القابليــة بيــن الــذرات يــؤدي إلــى ظهــور االســتقطاب للرابطــة ويصبــح المركــب قطبيــاً.ترتبــط الكهرســلبية باإللفــة االلكترونيــة وبطاقــة التشــرد. علــى ســبيل المثــال لــذرة الفلــور إلفــة الكترونيــة عاليــة

وكذلــك طاقــة تشــرد عاليــة وبالتالــي تتمتــع ذرة الفلــور بكهرســلبية عاليــة.Electronegativity is the ability of an atom to attract toward itself the electrons in a chemical bond.

Electron Affinity measurable, Cl is highest

Electronegativity relative, F is highest

X (g) + e X(g)

9.5

اقتــرح العالــم الكيميائــي باولينــغ )L. Pauling( طريقــة لحســاب الكهرســلبية النســبية لمعظــم العناصــر. يبيــن الجــدول الــدوري التالــي قيــم الكهرســلبية التــي توصــل إليهــا باولينــغ.

67

9.5

بإلقــاء نظــرة علــى هــذه القيــم، نجــد بشــكل عــام أن كهرســلبية العناصــر الموجــودة فــي الــدور الواحــد تــزداد مــن اليســار إلــى اليميــن متوافقــة مــع انخفــاض الخــواص المعدنيــة فــي نفــس االتجــاه فــي نفــس الــدور. وتنخفــض الكهرســلبية فــي المجموعــة الواحــدة مــن أعلــى إلــى أســفل متوافــق مــع ازديــاد الخاصــة المعدنيــة لهــذه العناصــر.

ــور 9.5 ــات كل ــي مركب ــا ف ــط شــاردية. )كم ــلبيتها تشــكيل رواب ــي كهرس ــر ف ــاف الكبي ــذرات ذات االخت ــل ال تميــوع ــن الن ــة م ــط كيميائي ــدة( رواب ــلبية واح ــة )كهرس ــذرات المتماثل ــكل ال ــيوم(. وتش ــيد الكالس ــوم وأكس الصودي

ــام. المشــترك بشــكل تــط الشــاردية. ولكــن ــة والرواب ــط المشــتركة القطبي ــن الرواب ــق بي ــز بشــكل مطل ــة، ال يمكــن التميي ــي الحقيق ف

ــي. ــا بشــكل تقريب ــز بينه ــة التميي تســاعد القواعــد التاليتتشــكل الرابطــة الشــاردية إذا كان الفــرق فــي كهرســلبية الذرتيــن 2.0 أو أكثــر. وتتشــكل الرابطــة المشــتركة

68

القطبيــة، إذا تــراوح الفــرق فــي كهرســلبية الذرتيــن بيــن 0.5-1.6وإذا كانــت أقــل مــن 0.3 فإنهــا تصنــف بالرابطــة المشــتركة ضعيفــة االســتقطاب أو عديمــة االســتقطاب.

لنتذكــر أخيــراً أن اإللفــة االلكترونيــة هــي مقــدار قابــل للقيــاس، بينمــا الكهرســلبية فهــي كميــة تقديريــة غيــر قابلــة للقيــاس.

Covalent

share e

Polar Covalent

partial transfer of e

Ionic

transfer e

Increasing difference in electronegativity

Classification of bonds by difference in electronegativity

Difference Bond Type

0 Covalent≥ 2 Ionic

0 < and <2 Polar Covalent

9.5

5.1.3.:MetallicBondالمعدنيةالرابطةC - )Ref. R.Chang P. 485(تعتبــر البنيــة البلوريــة للمعــدن األبســط مــن بيــن البنــى البلوريــة. ألنــه يوجــد فــي كل نقطــة شــبكية مــن البلــورة ذرة مــن نفــس المعــدن، والــذي يربــط ذرات المعــدن مختلــف عــن باقــي االرتباطــات المعروفــة. فــي الواقــع، يمكــن تصــور ذرات المعــدن كمصفوفــات مــن الشــوارد الموجبــة مغمــورة ببحــر مــن الكترونــات التكافــؤ غيــر المتوضعة

69

Types of CrystalsMetallic Crystals• Lattice points occupied by metal atoms• Held together by metallic bonds• Soft to hard, low to high melting point• Good conductors of heat and electricity

12.6

Cross Section of a Metallic Crystalnucleus &

inner shell e

mobile “sea”of e

ــة المعــدن هــذه القــوى المتماســكة الناتجــة مــن عــدم تموضــع هــذه االلكترونــات هــي المســؤول عــن صابــار ــة انصه ــال، درج ــبيل المث ــى س ــدن. فعل ــذرات المع ــؤ ل ــات التكاف ــدد الكترون ــاد ع ــع إزدي ــزداد م ــي ت والتالصوديــوم الــذي يحــوي الكتــرون تكافــؤ واحــد تســاوي 97.6˚ مئوية.بينمــا نجــد معــدن األلمنيــوم الــذي لــه ثاثــة الكترونــات تكافــؤ، فــإن درجــة انصهــاره تبلــغ 660 مئويــة. وحركــة هــذه االلكترونــات تجعــل المعــدن موصــاً جيــداً للحــرارة والكهرباء.توجــد المــواد الصلبــة فــي أعلــى درجــة مــن االســتقرار إذا كانــت موجــودة فــي حالــة

بلوريــة.وإذا تشــكلت المــواد الصلبــة بشــكل ســريع، كمــا فــي حالــة تبريــد ســائل بشــكل ســريع فــإن ذرات أو جزيئــات هــذه المــادة لــم تأخــذ الوقــت الكافــي لتترتــب بشــكل منتظــم، يســمى هــذا النــوع مــن المــواد الصلبــة بالمــواد غيــر البلوريــة Amorphus الصلبــة، وخيــر مثــال علــى ذلــك الزجــاج الــذي يفتقــر إلــى ترتيــب ذراتــه بشــكل منتظــم

بأبعــاد ثاثيــة.

5.1.4.:TheCoordinateCovalentBondالمشتركةالتسانديةالرابطةذكرنــا موضــوع القاعــدة الثمانيــة وتطبيقهــا بشــكل رئيســي علــى عناصــر الــدور الثانــي مــن الجــدول الــدوري. ولكــن يوجــد اســتثناء لهــذه القاعــدة حيــث ال تكتمــل الثمانيــة فــي بعــض عناصــر مركبــات. نجــد مثــا فــي عنصــر ــه ثاثــة الكترونــات تكافــؤ ويشــكل مــع الهالوجينــات مجموعــة مــن المركبــات ذات الصيغــة البــور )B( الــذي ل

70

ــات ومــع ــي هــذا المركــب ســت الكترون ــور ف ــل ذرة الهالوجــن. يوجــد حــول ذرة الب ــث X تمث العامــة BX3، حيأن مركــب ثالــث فلــور البــور )BF3( مركــب مســتقر، إال أنــه يتفاعــل بســهولة مــع األمونيــا. ويتضــح مــن البنيــة االلكترونيــة للمركــب أن الرابطــة B-N تختلــف عنالروابــط المشــتركة المعروفــة، ألن الــزوج االلكترونــي الــذي قــام بتشــكيل الرابطــةB-N قدمتــه ذرة النيتروجيــن. يدعــى هــذا النــوع مــن الروابــط بالرابطــة التســاندية المشــتركة. وتعتبــر كرابطــة مشــتركة لكــن مصــدر الــزوج االلكترونــي الرابــط ذرة واحــدة. وصفــات هــذه الرابطــة ال تختلــف عــن الرابطــة المشــتركة العاديــة ألن االلكترونــات هــي االلكترونــات بغــض النظــر عــن مصدرهــا، ولكــن التمييــز

بينهمــا يفيــد فــي متابعــة مصيــر الكترونــات التكافــؤ.

تعابير كيميائية ذات معنى مهمالروابط الكيميائية: ارتباط مجموعة من الذرات ببعضها، وهي روابط تشكلت إما من:

من أيونات نتيجة انتقال الكتروني )رابطة أيونية(. 1-

من مشاركة الكترونات ذرية )رابطة مشتركة(. 2-

من تشارك الكترونات غير متساو )رابطة مشتركة قطبية(. 3- الكهرسلبية: هي تعبير عن مقدر ذرة لجذب اإللكترونات المشتركة. إستقطابية الرابطة: يعتمد على الفرق في الكهرسلبية للذرات المرتبطة. في الرابطة األيونية:

يختلف حجم األيون عن حجم ذرة المصدر 1-

لألنيون )الشاردة السلبة( حجم أكبر من الذرة األم 2-

للكاتيون )الشاردة الموجبة( حجم أصغر من الذرة األم 3-ــة ــاد األزواج اإللكتروني ــزداد مــع ازدي ــة الازمــة لكســر الرابطــة المشــتركة، وت ــرط: هــي الطاق ــة ال طاق

المشــتركة.بنــى لويــس: توضــح ترتيــب أزواج الكتــروات التكافــؤ فــي ذرات جزيئــة بســيطة أو فــي أيــون متعــدد الــذرات

وهــذا مــا أدى الــى:• القاعدة الثنائية للهيدروجين.

71

• والقاعدة الثمانية لعناصر الدور الثاني في الجدول الدوري.• وعناصر الدور الثالث وما بعد تتجاوز قاعدة الثمانية.

أسماء عامة للروابط:

الرابطةسيغما:فيها الزوج اإللكتروني الرابط حول المحور الواصل بين الذرتين . 1-

الرابطةباي:يشغل اإللكترونان الرابطان الفضاء الواقع أعلى وأسفل المحور الواصل بين الذرتين. 2-

إضافاتمدرسالمقرر

72