شارح الدرس: الرابطة التساهمية الكيمياء

في هذا الشارح، سنتعلم كيف نَصِف الرابطة التساهمية بدلالة التجاذب الكهروستاتيكي بين النَّوى الذرية وأزواج الإلكترونات المُشَاركَة.

المركبات التساهمية هي جزيئات تحتوي على روابط تساهمية. فالمحيطات مليئة بجزيئات الماء المترابطة تساهميًّا، وعرضها حوالي 0.3 nm، والهواء الجوي يتكون من جزيئات تساهمية لا يزيد حجمها عن 0.5 nm. وتوجد المركبات التساهمية الصغيرة في جميع أرجاء العالم، ولا بد من وجود قاعدة عامة تفسر ميل ذرات العناصر اللافلزية في أغلب الأحيان إلى تكوين روابط تساهمية. يستخدم العلماء عادة قاعدة الثمانيات لشرح أسباب تكوين ذرات العناصر اللافلزية مركبات مرتبطة بروابط تساهمية. ويستخدمون قاعدة الثمانيات لتوضيح لماذا تُكون ذرات اللافلزات في معظم الأحيان مركبات تساهمية صغيرة مستقرة .

تعريف: الرابطة التساهمية

الروابط التساهمية هي روابط كيميائية تتكون عندما تتشارك ذرتين لا فلزيتين في زوجٍ أو أكثر من الإلكترونات.

وقاعدة الثمانيات هي فرضية علمية بسيطة للغاية. تنص على أن الذرات عادة ما تتشارك الإلكترونات أو تنقلها؛ لأن هذا يساعدها في الحصول على ثمانية إلكترونات تكافؤ، والوصول إلى توزيع إلكتروني مماثل للتوزيع الإلكتروني لذرة غاز نبيل. والعديد من ذرات اللافلزات يمكن أن تصل فعليًّا إلى توزيع إلكتروني مماثل لذرة غاز نبيل إذا شاركت إلكترونًا أو أكثر مع ذرات لا فلزات أخرى ويمكن إعادة صياغة هذه العبارة وقول إن ذرات اللافلزات يمكن أن تصل إلى التوزيع الإلكتروني لذرة غاز نبيل إذا كونت رابطة تساهمية أو أكثر؛ لأن الروابط التساهمية ليست سوى أزواج من الإلكترونات المشتركة. يوضح الشكل التالي التوزيع الإلكتروني لثلاث ذرات لغازات نبيلة تقوم على أساسها قاعدة الثمانيات. ولذرات الغازات النبيلة توزيع إلكتروني مستقر للغاية؛ لأن لها ثمانية إلكترونات تكافؤ.

تعريف: قاعدة الثمانيات

تنص قاعدة الثمانيات على أن الذرات عادة ما تنقل الإلكترونات أو تتشاركها لأن هذا يساعدها في الحصول على ثمانية إلكترونات تكافؤ، وتوزيع إلكتروني مماثل للتوزيع الإلكتروني لذرة غاز نبيل.

يوضح الشكل الآتي أن ذرة الأكسجين الواحدة يمكن أن تحصل على توزيع إلكتروني مماثل للتوزيع الإلكتروني لذرة غاز نبيل إذا كونت رابطتين تساهميتين أحاديتين مع ذرتي هيدروجين. ويوضح الشكل أن ذرة الأكسجين تحتوي على ستة إلكترونات تكافؤ عندما لا تكون مرتبطة، وثمانية إلكترونات تكافؤ عندما تُكوِن رابطتين تساهميتين مع ذرتي هيدروجين. وحينها يصبح التوزيع الإلكتروني لذرة الأكسجين أكثر استقرارًا في حالة تكوين رابطتين تساهميتين مع ذرتي هيدروجين. عندما تُكون ذرة الأكسجين رابطتين تساهميتين مع ذرتي هيدروجين، يصبح لها توزيع إلكتروني مماثل للتوزيع الإلكتروني للنيون.

مثال ١: فهم ماهية قاعدة الثمانيات وتعريفها

أيٌّ من الآتي يُعرِّف قاعدة الثمانيات؟

  1. قاعدة تُشِير إلى ميل الذرة إلى امتلاك أغلفة تكافؤ فارغة.
  2. قاعدة تُشِير إلى ميل الذرة إلى امتلاك 8 إلكترونات في غلاف التكافؤ.
  3. قاعدة تُشِير إلى ميل الإلكترونات إلى الدوران حول ذرة في أغلفة الطاقة.
  4. قاعدة تُشِير إلى ميل الإلكترونات إلى الاستقرار داخل نواة الذرة.

الحل

قاعدة الثمانيات هي فرضية علمية بسيطة. تنص على أن الذرات عادة ما تنقل الإلكترونات أو تتشاركها؛ لأن هذا يساعدها في الحصول على ثمانية إلكترونات تكافؤ، وتوزيع إلكتروني مماثل للتوزيع الإلكتروني لذرة غاز نبيل عالية الاستقرار. والعديد من ذرات اللافلزات لها بضع إلكترونات في الغلاف الخارجي، ويمكنها الوصول إلى توزيع إلكتروني مماثل للتوزيع الإلكتروني لذرة غاز نبيل إذا شاركت إلكترونًا أو أكثر مع ذرات لا فلزية أخرى. يمكننا استخدام هذه العبارات لتحديد أن الخيار (ب) هو الإجابة الصحيحة لهذا السؤال.

الروابط التساهمية مستقرة وذلك بسبب قوى الجذب والتنافر الكهروستاتيكي بين البروتونات والإلكترونات في الذرات المترابطة تساهميًّا. فيوجد تنافر كهروستاتيكي بين الجسيمات التي لها شحنات متشابهة، وجذب كهروستاتيكي بين الجسيمات التي لها شحنات متعاكسة. وقوى الجذب تجذب الذرات نحو بعضها، وقوى التنافر تدفع الذرات بعيدًا عن بعضها. وفي النهاية، تصبح الذرات على مسافة مستقرة تتوازن فيها قوى الجذب والتنافر الكهروستاتيكي.

مثال ٢: توازن القوى في رابطة تساهمية

يعتمد استقرار الرابطة التساهمية على التوازن بين قوى الجذب والتنافر بين الإلكترونات والأنوية الموجودة في الذرات المترابطة.

  1. أيٌّ من التالي يُمثِّل وصفًا صحيحًا لقوى الجذب والتنافر في الرابطة التساهمية؟
    1. تنفر الإلكترونات من النواة، ويتنافر بعضها عن بعض.
    2. تنجذب الإلكترونات إلى النواة، ويتنافر بعضها عن بعض.
    3. تنجذب الإلكترونات إلى النواة، وينجذب بعضها إلى بعض.
    4. تنفر الإلكترونات من النواة، وينجذب بعضها إلى بعض.
  2. ما الجُسيمات التي تتداخل لإنتاج قوة الجذب بين الذرات في الرابطة التساهمية؟
    1. الإلكترونات والنيوترونات.
    2. البروتونات والبروتونات.
    3. الإلكترونات والإلكترونات.
    4. البروتونات والإلكترونات.
    5. البروتونات والنيوترونات.

الحل

الجزء الأول

يوجد جذب كهروستاتيكي بين الجسيمات المتعاكسة الشحنة، وتنافر كهروستاتيكي بين الجسيمات ذات الشحنات المتشابهة. الإلكترونات جسيمات سالبة الشحنة، وتحتوي النواة على بروتونات موجبة الشحنة. يجب أن تنجذب الإلكترونات إلى النواة الموجبة الشحنة، وأن يتنافر بعضها عن بعض. وهذه العبارة تطابق الخيار (ب) أكثر من أي من الخيارات الأخرى المذكورة. إذن، يمكننا استخدام هذه العبارات لتحديد أن الخيار (ب) هو الإجابة الصحيحة لهذا السؤال.

الجزء الثاني

تُظهر الجسيمات متعاكسة الشحنة تجاذب كهروستاتيكي. فتنجذب البروتونات والإلكترونات إلى بعضها البعض لأن البروتونات لها شحنة كهروستاتيكية موجبة (+)، والإلكترونات لها شحنة كهروستاتيكية سالبة (). ويمكننا استخدام هذه العبارة لتحديد أن الخيار (د) لا بد وأنه الإجابة الصحيحة لهذا السؤال.

مخططات بنى لويس هي رسوم توضيحية بسيطة توضح كيفية تشارك إلكترونات غلاف التكافؤ بين الذرات في المركبات المترابطة تساهميًّا أو أيونيًّا. ويُمّثَّل كل إلكترون في غلاف التكافؤ بنقطة أو علامة x صغيرة، وتمثَّل النوى الذرية وإلكتروناتها الداخلية بالرموز الكيميائية، مثل: H، He.

غاز الهيدروجين (H2) له بنية من أبسط بنى لويس؛ لأن جزيئات الهيدروجين تحتوي على ذرتي هيدروجين فقط (H) وكل ذرة هيدروجين لها إلكترون واحد في غلاف التكافؤ. ويوضح الشكل التالي جزيء الهيدروجين ومخطط بنية لويس له.

أحد إلكتروني التكافؤ ممثل بنقطة حمراء، والآخر ممثل بنقطة سوداء. واستعملنا اللونين المتباينين: الأحمر والأسود، لمساعدة القارئ في التمييز بين إلكترون التكافؤ في ذرة الهيدروجين الأولى وإلكترون التكافؤ في ذرة الهيدروجين الثانية. وسنستخدم نقاطًا باللونين المتباينين الأحمر والأسود في هذا الشارح لنساعد القارئ في التمييز بين إلكترونات التكافؤ في الذرات المترابطة تساهميًّا.

تعريف: مخطط بنى لويس

مخططات بنى لويس هي رسوم توضيحية بسيطة توضح كيفية مشاركة أو انتقال الإلكترونات بين الذرات في المركبات المترابطة تساهميًّا أو أيونيًّا.

ويمكن أيضًا رسم مخططات بنى لويس بحيث تُمثَّل الرابطة التساهمية بخطٍّ مستقيم. الشكل التالي يقارن بين مخططات بِنى لويس لجزيء الهيدروجين (H2) وجزيء الأمونيا (NH3). نرسم جزيء الهيدروجين به خطٌّ واحد مستقيم؛ لأنه يحتوي على رابطة تساهمية أحادية بين ذرتي الهيدروجين (HH). ونرسم جزيء الأمونيا به ثلاثة خطوط مستقيمة؛ لأنه يحتوي على ثلاث روابط تساهمية بين النيتروجين والهيدروجين (NH). وكل خط مستقيم يُستخدم لتمثيل رابطة تساهمية واحدة. ويجب أن نلاحظ هنا أن إلكترونات التكافؤ الغير مرتبطة في ذرة النتروجين ممثلة بزوجٍ من النقاط الصغيرة. والزوج الغير مرتبط من إلكترونات التكافؤ يسمى زوجًا حرًّا من الإلكترونات

تعريف: الزوج الحر من الإلكترونات

الزوج الحر من الإلكترونات هو إلكترونان من إلكترونات التكافؤ غير مشاركان في أي رابطة كيميائية.

التعريف: زوج الرابطة

زوج الرابطة هو إلكترونان من إلكترونات التكافؤ يكونان رابطة كيميائية.

ويوضح الشكلان التاليان مخطَّطات بنى لويس لمركبين بسيطين شائعين. يوضح الشكل الأول مخطط بنية لويس لجزيء الماء (HO2) ويوضح الشكل الثاني مخطط بنية لويس لجزيء الميثان (CH4). ويُظهر مخطط بنية لويس أن ذرتي الأكسجين والكربون يمكنهما الوصول إلى توزيع إلكتروني مماثل للتوزيع الإلكتروني لذرة غاز نبيل، إذا كوَّنتا العدد الصحيح من الروابط التساهمية مع ذرات الهيدروجين. فيمكن أن تحصل ذرة الأكسجين على توزيع إلكتروني مماثل للتوزيع الإلكتروني لذرة غاز نبيل إذا كوَّنت ذرة الأكسجين رابطتين مع ذرتي هيدروجين (OH). ومن الممكن أن تحصل ذرة الكربون على توزيع إلكتروني مماثل للتوزيع الإلكتروني لذرة غاز نبيل إذا كوَّنت أربع روابط مع أربع ذرات هيدروجين (CH).

مثال ٣: فهم الجسيمات الموضحة في مخططات لويس النقطية

أيٌّ ممَّا يلي يظهر بمخطط لويس النقطي؟

  1. بروتونات التكافؤ في العنصر.
  2. النيوترونات والبروتونات والإلكترونات في العنصر.
  3. إلكترونات التكافؤ في العنصر.
  4. الإلكترونات في آخر غلافين في العنصر.
  5. جميع الإلكترونات في العنصر.

الحل

مخططات بنى لويس هي رسوم توضيحية توضح كيفية مشاركة أو انتقال إلكترونات بين الذرات في المركبات المترابطة تساهميًّا أو أيونيًّا. وتُمثَّل إلكترونات التكافؤ بنقاطٍ صغيرة بسيطة في مخططات بنى لويس، وتُمثَّل النواة الذرية وإلكتروناتها الداخلية بالرموز الكيميائية. يمكننا استخدام هذه العبارات لتحديد أن الخيار (ج) هو الإجابة الصحيحة لهذا السؤال.

تكوِّن بعض الذرات ما يسمى بالروابط التساهمية المزدوجة عندما تشارك كل ذرة بإلكتروني تكافؤ. ويوضح الشكل التالي رابطة تساهمية مزدوجة بين ذرتي أكسجين. تحتوي الرابطة المزدوجة إجمالًا على أربعة إلكترونات تكافؤ. ويأتي إلكترونان من إحدى ذرتي الأكسجين، ويأتي الإلكترونان الآخران من ذرة الأكسجين الأخرى. ويمكن تفسير تكوين الرابطة التساهمية المزدوجة بقاعدة الثمانيات. إذ تحتوي ذرة الأكسجين على ستة إلكترونات تكافؤ في حالة عدم تكوين روابط، وتحتوي على ثمانية إلكترونات تكافؤ عندما تكون رابطة تساهمية مزدوجة مع ذرة أكسجين أخرى. وتحصل ذرة الأكسجين على توزيع إلكتروني مماثل للتوزيع الإلكتروني لذرة النيون عندما تُكون رابطة مزدوجة مع ذرة أكسجين أخرى.

وينبغي ألا نتفاجأ بأن بعض الذرات أيضًا يمكنها مشاركة ثلاثة إلكترونات تكافؤ مع ذرات أخرى للحصول على توزيع إلكتروني مماثل للتوزيع الإلكتروني لذرة غاز نبيل. إذ يساعد تكوين الروابط التساهمية المزدوجة والثلاثية الذرات في الحصول على ثمانية إلكترونات تكافؤ والوصول إلى توزيع إلكتروني أكثر استقرارًا. ويوضح الشكل الآتي كيف يمكن لذرة نيتروجين واحدة أن تشارك ثلاثة إلكترونات تكافؤ مع ذرة نيتروجين أخرى لتكوين جزيء نيتروجين ثلاثي الرابطة (N2).

يمكن استخدام مخططات بنى لويس في تمثيل الجزيئات المرتبطة بروابط تساهمية مزدوجة وثلاثية. تُمثَّل الرابطة المزدوجة بأربع نقاط أو خطين مستقيمين بين رمزين كيميائيين. وتمثل الرابطة الثلاثية بست نقاط أو ثلاثة خطوطٍ مستقيمة بين رمزين كيميائيين. ويوضح الشكل التالي مخططات بنى لويس لبعض المركبات الجزيئية البسيطة التي تحتوي على روابط تساهمية مزدوجة وثلاثية. المخطط الأول هو مخطط بنية لويس لجزيء الأكسجين (O2)، والمخططان التاليين هما مخططا بِنى لويس لجزيء ثاني أكسيد الكربون (CO2) وجزيء النتروجين (N2).

ويحتوي مخطط بنية لويس لجزيء الأكسجين على أربع نقاط أو خطين مستقيمين بين الرمزين الكيميائيين لذرتي أكسجين (O). وتوضِّح كل من طريقتي التمثيل بالنقاط والتمثيل بالخطوط أن الرابطة بين ذرتي الأكسجين (OO) مكونة من أربعة إلكترونات تكافؤ. ويختلف مخططا بنى لويس لجزيئي ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين اختلافًا طفيفًا. فيحتوي مخطط بنية لويس لثاني أكسيد الكربون على أربع نقاط أو خطين مستقيمين بين الرمز الكيميائي للكربون (C) والرمزين الكيميائيين لذرتي أكسجين (O). وتحتوي بنية لويس لجزيء النتروجين على ثلاثة خطوط بين الرمزين الكيمائيين لذرتي النيتروجين (N). توضح مخططات بنى لويس أن الرابطة بين ذرتي النيتروجين (NN) في جزيء N2 تحتوي على ستة إلكترونات، والروابط بين الأكسجين والكربون (CO) في جزيء CO2 تحتوي كل رابطة منها على أربعة إلكترونات.

توضح الفقرات السابقة كيف تتحد الذرات لتكون أنواع مختلفة من الروابط التساهمية. فقد أوضحت أن بعض الذرات يمكن أن تكون روابط تساهمية أحادية عندما تشارك إلكترونًا، وأن الذرات الأخرى يمكنها تكوين روابط تساهمية مزدوجة عندما تشارك زوجًا من الإلكترونات. وأوضحت أيضًا أن بعض الذرات يمكنها تكوين روابط تساهمية ثلاثية عند مشاركتها ثلاثة إلكترونات. ويلخص الجدول التالي هذه المعلومات. يوضح الجدول كيف تكوِّن الذرات أنواع مختلفة من الروابط التساهمية عن طريق مشاركة أعداد مختلفة من الإلكترونات. ينبغي أن تلاحظ هنا أن الروابط التساهمية الأحادية تمثل بخطٍّ مستقيمٍ واحد بين رمزين كيميائيين. والروابط التساهمية المزدوجة تمثل بخطين مستقيمين بين رمزين كيميائيين، والروابط التساهمية الثلاثية تمثل بثلاثة خطوط مستقيمة بين رمزين كيميائيين.

اسم الذرة المترابطة الأولىاسم الذرة المترابطة الثانيةنوع الرابطة التساهميةالرابطة التساهميةعدد أزواج الإلكترونات المشاركة
الأكسجين (O)الهيدروجين (H)أحاديةOH1
الكربون (C)الهيدروجين (H)أحاديةCH1
النيتروجين (N)الهيدروجين (H)أحاديةNH1
الأكسجين (O)الأكسجين (O)مزدوجةOO2
الكربون (C)الأكسجين (O)مزدوجةCO2
النيتروجين (N)النيتروجين (N)ثلاثيةNN3

مثال ٤: تفسير الترابط التساهمي في الأكسجين

يُكوِّن الأكسجين جزيئًا ثنائي الذرة به رابطة تساهمية مزدوجة. ويوضِّح الشكل الآتي الصيغة البنائية للأكسجين الثنائي الذرة. OO

  1. لماذا تُكوِّن ذرات الأكسجين في هذا الجزيء أكثر من رابطة تساهُمية؟
    1. تحتوي ذرة الأكسجين على ستة إلكترونات تكافؤ؛ ولذلك تجب مشاركة إلكترونين بين الذرتين لتحصل كل ذرة على تركيب ثُماني مستقر في غلافها الخارجي.
    2. يوجد إلكترونا تكافؤ في ذرة الأكسجين؛ لذا فإن مشاركة 4 إلكترونات بين ذرتين سيؤدي إلى اكتمال الأغلفة الخارجية لها.
    3. تحتوي ذرة الأكسجين على ستة إلكترونات تكافؤ؛ ولذلك تجب مشاركة أربعة إلكترونات بين الذرتين لتحصل كل ذرة على تركيب ثُماني مستقر في غلافها الخارجي.
    4. تحتوي ذرة الأكسجين على إلكترونَيْ تكافؤ؛ ولذلك فإن مشاركة إلكترونين بين الذرتين سيؤدي إلى اكتمال الأغلفة الخارجية لها.
    5. تحتوي ذرة الأكسجين على أربعة إلكترونات تكافؤ؛ ولذلك تجب مشاركة أربعة إلكترونات بين الذرتين لتحصل كل ذرة على تركيب ثُماني مستقر في غلافها الخارجي.
  2. أيُّ العناصر الآتية عادةً ما تشكِّل جزيئًا ثنائي الذرة به أكثر من رابطة تساهُمية؟
    1.  Be
    2.  Ne
    3.  C
    4.  N
    5.  F

الحل

الجزء الأول

تنص قاعدة الثمانيات على أن الذرات عادة ما تنقل أو تتشارك الإلكترونات؛ لأن هذا يساعدها في الحصول على ثمانية إلكترونات تكافؤ وتوزيع إلكتروني مماثل للتوزيع الإلكتروني لذرة غاز نبيل. ذرة الأكسجين الغير مرتبطة تحتوي على ستة إلكترونات تكافؤ، وسيكون عليها اكتساب إلكتروني تكافؤ إضافيين لتصل إلى توزيع إلكتروني مماثل للتوزيع الإلكتروني لذرة النيون. ويمكن لذرة الأكسجين الغير مرتبطة أن تكتسب فعليًّا إلكترونين آخرين إذا كونت رابطتين تساهميتين مع ذرة أكسجين أخرى. يمكن تلخيص ذلك بقول إن 4 إلكترونات تمت مشاركتها بين ذرتي أكسجين لأن ذرة الأكسجين الغير مرتبطة بها 6 إلكترونات تكافؤ. توضح هذه العبارة أن الخيار (ج) هو الإجابة الصحيحة لهذا السؤال.

الجزء الثاني

ذرة النتروجين الغير مرتبطة بها خمسة إلكترونات تكافؤ. يمكن أن تصل ذرة النتروجين الغير مرتبطة إلى توزيع إلكتروني مماثل للتوزيع الإلكتروني لذرة النيون إذا شاركت ثلاثة إلكترونات مع ذرة نيتروجين أخرى. ويميل النيتروجين إلى تكوين جزيئات ثنائية الذرة؛ لأن ذلك يُمَكِّن ذرتي النيتروجين من الوصول إلى توزيع إلكتروني مماثل للتوزيع الإلكتروني لذرة غاز نبيل. يمكننا استخدام هذه العبارة لتحديد أن الخيار (د) هو الإجابة الصحيحة لهذا السؤال.

قاعدة الثمانيات ليست فرضية علمية لا تشوبها شائبة. فهناك الكثير من الذرات التي يبدو أن قاعدة الثمانيات لا تنطبق عليها. فالكثير من الذرات لا تكتسب توزيعًا إلكترونيًّا مماثلًا للتوزيع الإلكتروني لذرة غاز نبيل إذا كونت روابط تساهمية ومركبات مترابطة تساهميًّا. والكثير من الذرات لا تشارك إلكترونات التكافؤ لمجرد أن ذلك يساعدها في الحصول على ثمانية إلكترونات والتوزيع الإلكتروني نفسه لذرة غاز نبيل.

ثالث فلوريد البورون جزيء صغير نسبيًّا مترابط تساهميًّا، ويبدو أنه يخالف قاعدة الثمانيات. الجزيء صيغته الكيميائية BF3، وبنية لويس له موضحة في الشكل الآتي. يمكننا أن نرى أن البورون في جزيء BF3 يحتوي على ستة إلكترونات تكافؤ بدلًا من الثمانية التي تتوقعها قاعدة الثمانيات. فذرة البورون لا تشارك إلكترونات التكافؤ لمجرد أنها تساعدها في الحصول على توزيعٍ إلكتروني مماثل للتوزيع الإلكتروني لذرة غاز نبيل. تشارك ذرة البورون الإلكترونات لأسباب مختلفة لن نتناولها في هذا الشارح.

وتوجد جزيئات أخرى مترابطة تساهميًّا تبدو أنها تخالف قاعدة الثمانيات. خامس كلوريد الفوسفور مركب مترابط تساهميًّا يحتوي على ذرة فسفور واحدة مرتبطة تساهميًّا بخمس ذرات كلور. الصيغة الكيميائية لهذا الجزيء PCl5، وبنية لويس له موضحة في الشكل التالي. يمكننا ملاحظة أن الفوسفور في جزيء PCl5 يحتوي على عشرة إلكترونات بدلًا من الثمانية التي تتوقعها قاعدة الثمانيات. لا تشارك ذرة الفوسفور إلكتروناتها لمجرد أنها تساعدها في الوصول إلى توزيع إلكتروني مماثل للتوزيع الإلكتروني لذرة غاز نبيل.

يوضح كل من ثالث فلوريد البورون وخامس كلوريد الفوسفور أن ذرات اللافلزات لا تكتسب دومًا توزيعًا إلكترونيًّا مماثلًا للتوزيع الإلكتروني لذرة غاز نبيل عند تكوين مركبات جزيئية بسيطة. فبعض ذرات اللافلزات تحتوي على أكثر من ثمانية إلكترونات تكافؤ عندما تكون مركبات مترابطة تساهميًّا، وبعضها يحتوي على أقل من ثمانية إلكترونات تكافؤ عندما تكون مركبات مترابطة تساهميًّا. من الواضح أن قاعدة الثمانيات لها حدود، ولا يمكن استخدامها لفهم ارتباط جميع الجزيئات المترابطة تساهميًّا. وهي محدودة أيضًا لأنه لا يمكن استخدامها في توقع البنية الهندسية لمركب تساهمي. فعادة ما نستخدم نظرية تنافر أزواج إلكترونات التكافؤ (VSEPR) لتوقع البنية الهندسية للجزيئات.

تميل الكثير من المركبات الجزيئية البسيطة المتكونة بالترابط التساهمي إلى التشابه في الخواص الفيزيائية. فمعظم المركبات التساهمية البسيطة لها نقاط انصهار ونقاط غليان منخفضة نسبيًّا؛ لأنه لا توجد تداخلات بين جزيئية قوية جدًّا بين الجزيئات المتجاورة المترابطة تساهميًّا. الرابطة التساهمية نفسها قوية جدًّا ويصعب كسرها، لكن التداخلات بين الجزيئية بين الجزيئات التساهمية ضعيفة جدًّا ويسهل التغلب عليها بسهولة بكمية صغيرة نسبيًّا من الطاقة. يوضح الجدول التالي الخواص الفيزيائية المشتركة للمركبات الجزيئية التساهمية البسيطة.

الخواص الفيزيائية المشتركة للمركبات الجزيئية التساهمية
نقطة انصهار منخفضة
نقطة غليان منخفضة
توصيلية كهربية منخفضة
توصيلية حرارية منخفضة

يوضح الجدول أن المركبات التساهمية ليست من الموصلات الجيدة للحرارة أو الكهرباء. ويمكن فهم التوصيلية الكهربية المنخفضة للمركبات التساهمية بالتفكير في الجسيمات المتحركة الحاملة للشحنة. من المعلوم أن المواد توصل التيار الكهربي فقط إذا كانت تحتوي على جسيمات متحركة حاملة للشحنة. فالجسيمات الحاملة للشحنة توصل التيار الكهربي وتجعل المادة موصلة جيدة للكهرباء. لا تنتج الجزيئات المترابطة تساهميًّا جسيمات حاملة للشحنة حتى يمكنها إيصال التيار الكهربي؛ وبالتالي فإن التوصيلية الكهربية للمركبات التساهمية البسيطة منخفضة.

ولا يمكن للجزيئات الصغيرة المترابطة تساهميًّا أن توصل الحرارة جيدًا بسبب الفراغات الكبيرة بين الجزيئات التساهمية المتجاورة، وأن الجزيئات لا تتصادم ببعضها كثيرًا. وهذا يُصعب نقل الحرارة؛ لأن التوصيل الحراري يحدث عندما تصطدم الجزيئات ببعضها البعض. يوضح الشكل التالي كيفية انتقال الحرارة بين الجزيئات عندما تصطدم ببعضها البعض. أحد الجزيئين ساخن، والآخر بارد (الخطوة 1). ثم يصطدم الجزيئان، وهذا يجعل الطاقة الحرارية تنتقل من الجزيء الساخن إلى الجزيء البارد (الخطوة 2). يكتسب الجزيء البارد طاقة حرارية، بينما يفقد الجزيء الآخر طاقة حرارية. ويصبح للجزيئين كميتان متماثلتان من الطاقة الحرارية بعد وقوع التصادم (الخطوة 3).

هيا نلخص ما تعلمناه في هذا الشارح.

النقاط الرئيسية

  • تتكون الروابط التساهمية عندما تشترك ذرتين لا فلزيتين في زوجٍ أو أكثر من الإلكترونات.
  • تنص قاعدة الثمانيات على أن الذرات عادة ما تنقل أو تتشارك الإلكترونات؛ لأن هذا يساعدها في الحصول على ثمانية إلكترونات تكافؤ وتوزيع إلكتروني مماثل للتوزيع الإلكتروني لذرة غاز نبيل.
  • مخططات بنى لويس هي رسوم توضيحية بسيطة توضح كيفية تشارك إلكترونات غلاف التكافؤ بين الذرات في الجزيئات المترابطة تساهميًّا والمترابطة أيونيًّا.
  • قاعدة الثمانيات هي فرضية علمية مبسطة نسبيًّا لا يمكن استخدامها لفهم كيفية وأسباب تكوين جميع ذرات اللافلزات مركبات مترابطة تساهميًّا.
  • بعض الذرات تُكون روابط تساهمية مزدوجة أو ثلاثية عندما تشارك بأكثر من إلكترون مع الذرة الأخرى.
  • لا توجد سوى تداخلات جزيئية ضعيفة بين الجزيئات المتجاورة المترابطة تساهميًّا، وهذا يفسر لماذا تكون للجزيئات الصغيرة التساهمية نقاط انصهار وغليان منخفضة.
  • الجزيئات البسيطة المترابطة تساهميًّا لا تحتوي على أي إلكترونات أو أيونات حرة، وهذا يفسر عدم قدرتها على توصيل الكهرباء بفعالية.
  • لا تتصادم الجزيئات البسيطة المترابطة تساهميًّا كثيرًا، وهذا يفسر لماذا لا توصل الحرارة بفعالية.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.