نسخة الفيديو النصية
في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نصف ونشرح الروابط التساهمية التناسقية في الجزيئات البسيطة والمركبات الفلزية. تتكون الجزيئات عند ارتباط ذرتين أو أكثر معًا. وقد تكون الذرات من نفس العنصر أو من عناصر مختلفة، فهذا لا يهم. عندما تكون الذرات المرتبطة معًا من اللافلزات، فإنها ترتبط معًا بروابط تساهمية قوية.
الأمونيا مثال على الجزيء الذي يحتوي على روابط تساهمية قوية. تقع ذرة نيتروجين واحدة في مركز الجزيء، وترتبط بثلاث ذرات هيدروجين. لاحظ أن كلا العنصرين من اللافلزات. في الأمونيا، تتكون ثلاث روابط تساهمية أحادية. وكل رابطة هي رابطة تساهمية أحادية عادية. تذكر أن الرابطة التساهمية عبارة عن زوج مشترك من الإلكترونات. وفي الرابطة التساهمية الأحادية العادية، تشارك كل ذرة في الرابطة بإلكترون واحد.
تحتوي ذرة النيتروجين المركزية على خمسة إلكترونات تكافؤ. تذكر أن النيتروجين يوجد في المجموعة 15 أو خمسة في الجدول الدوري. وتستخدم ذرة النيتروجين ثلاثة من إلكترونات التكافؤ لديها لتكوين هذه الروابط. ونظرًا لأن ذرة النيتروجين تحتوي على خمسة إلكترونات تكافؤ، يتبقى إلكترونان من إلكترونات التكافؤ. وهذان الإلكترونان يكونان زوجًا حرًّا. والزوج الحر هو زوج من الإلكترونات يوجد في الغلاف الخارجي للذرة ولا يشارك في تكوين أي روابط تساهمية.
البنية التي نراها هنا للأمونيا تسمى بنية النقاط والعلامات أو مخطط النقاط والعلامات للإلكترونات. في هذه البنية، تمثل النقاط إلكترونات غلاف التكافؤ لذرة النيتروجين وتمثل علامات الخطأ إلكترونات التكافؤ لذرات الهيدروجين. وتوجد النقاط والعلامات داخل دوائر متداخلة لتمثيل الروابط التساهمية الأحادية.
قد تستخدم بنى لويس أيضًا للإشارة إلى أزواج إلكترونات الترابط وأزواج الإلكترونات الحرة داخل الجزيء. تختلف بنية لويس قليلًا عن مخطط النقاط والعلامات، إذ يمثل كل زوج من الإلكترونات بنقطتين. وسواء استخدمنا نقطتين أو خطوطًا مستقيمة لتمثيل أزواج إلكترونات الترابط في بنية لويس للأمونيا، فإن زوج الإلكترونات الحر يظل واضحًا دائمًا.
يمكن لجزيء الأمونيا تكوين أيون أمونيوم باستخدام زوج الإلكترونات الحر الذي يقع في ذرة النيتروجين المركزية لتكوين رابطة تساهمية تناسقية. عند تكوين رابطة تساهمية تناسقية، فإن هذا الزوج الحر من الإلكترونات في ذرة واحدة يستخدم لتكوين رابطة تساهمية مع ذرة أخرى لا تحتوي على أي إلكترونات متاحة للمشاركة. وتسمى الذرة التي تمنح زوج الإلكترونات للرابطة التساهمية التناسقية بالذرة المانحة. ويجب أن تحتوي الذرة المستقبلة لزوج الإلكترونات على مدار شاغر. وفي هذه الحالة، يمكن للبروتون، أو أيون H+، أن يستقبل زوج الإلكترونات الحر في مداره الشاغر. فأيون H+ لا يحتوي على أي إلكترونات متاحة للمشاركة.
في أيون الأمونيوم، الذي يحتوي على رابطة تساهمية تناسقية، يكون النيتروجين هو الذرة المانحة والهيدروجين هو الذرة المستقبلة. وقد تعرف الرابطة التساهمية التناسقية أيضًا بالرابطة التناسقية وحسب. من الضروري أن تدرك أن الرابطة التساهمية التناسقية لا تختلف عن أي رابطة تساهمية أحادية أخرى بمجرد تكوينها. كل ما في الأمر أن أصل زوج الإلكترونات المشترك هو الذي يختلف وحسب.
عند استخدام صيغة توضيحية، توضح الرابطة التساهمية التناسقية باستخدام سهم. ويتضح اتجاه منح الإلكترونات من خلال اتجاه السهم. لاحظ أنه في أيون الأمونيوم يتجه السهم من ذرة النيتروجين المانحة إلى ذرة الهيدروجين المستقبلة. وهذا السهم لا يرى على مخطط النقاط والعلامات أو في بنية لويس.
سمة أخرى من سمات الصيغة التوضيحية لأيون الأمونيوم هي أن الشحنة الموجبة الموجودة في ذرة النيتروجين موضحة أيضًا. وقد ترى على ذرة النيتروجين نفسها أو موضوعة خارج قوسين مربعين يحيطان بالبنية ككل. توجد أمثلة عديدة أخرى للروابط التساهمية التناسقية.
لا توجد أيونات الهيدروجين منعزلة داخل الماء السائل. وإذا أذيب أحد جزيئات كلوريد الهيدروجين في الماء، ينتقل أيون هيدروجين من جزيء كلوريد الهيدروجين إلى جزيء الماء. يحتوي جزيء الماء على زوجين حرين من الإلكترونات. ويمكن للماء استخدام أحد هذين الزوجين الحرين لتكوين رابطة تساهمية تناسقية مع أيون الهيدروجين. وينتج عن هذا التفاعل أيون الهيدرونيوم، H3O+، وأيون كلوريد. وقد يشار إلى أيون الهيدرونيوم، H3O+، بأيون الهيدروكسونيوم في بعض النصوص.
يحتوي أيون الهيدرونيوم على رابطة تساهمية تناسقية. لاحظ أن الجزيء له شحنة موجبة صافية نتيجة لأن ذرة الأكسجين المانحة، التي تنشأ في الأصل من جزيء الماء، تمنح أحد زوجي الإلكترونات الحرة لأيون الهيدروجين، الذي ينشأ في الأصل من جزيء كلوريد الهيدروجين.
أول أكسيد الكربون هو أكسيد كربون يتكون عند احتراق الوقود الهيدروكربوني في وجود كمية محدودة من الأكسجين. وهو غاز سام، ويجب تجنب تكوينه داخل المنازل عند اشتعال الوقود. يتكون أول أكسيد الكربون من ذرة كربون واحدة وذرة أكسجين واحدة. تستخدم ذرة الكربون إلكترونين من إلكترونات التكافؤ الخاصة بها لتكوين رابطتين تساهميتين مع ذرة الأكسجين. وتستخدم ذرة الأكسجين زوجًا حرًّا من الإلكترونات لتكوين رابطة ثالثة مع الكربون، وهي رابطة تساهمية تناسقية. لا توجد شحنة صافية لجزيء أول أكسيد الكربون.
في الصيغة التوضيحية لأول أكسيد الكربون، تظهر الرابطة التساهمية التناسقية مرة أخرى في صورة سهم، يشير إلى اتجاه منح الإلكترونات. إذا تفاعل الأمونيا مع ثلاثي فلوريد البورون، فإن الزوج الحر في ذرة النيتروجين الموجودة في الأمونيا يمكن استخدامه في تكوين رابطة تساهمية تناسقية مع ذرة البورون في جزيء ثلاثي فلوريد البورون. في ثلاثي فلوريد البورون، BF3، تكون ذرة البورون في حالة نقص إلكتروني، إذ توجد ستة إلكترونات فقط في غلاف التكافؤ الخاص بها. إذا أصبحت ذرة البورون الذرة المستقبلة، تتكون رابطة تساهمية من النيتروجين إلى البورون، وتملأ ذرة البورون غلاف التكافؤ الخاص به. النيتروجين هو الذرة المانحة في هذه الرابطة التساهمية التناسقية. باستخدام الصيغة التوضيحية لهذا الجزيء، يخرج سهم من ذرة النيتروجين إلى ذرة البورون ويستخدم لتوضيح الرابطة التساهمية التناسقية.
تعرف أحماض لويس بأنها أنواع يمكن أن تستقبل زوجًا من الإلكترونات غير المترابطة أو زوجًا حرًّا من الإلكترونات. في جميع أمثلة الرابطة التساهمية التناسقية التي درسناها حتى الآن، يمكن وصف الذرات المستقبلة في الرابطة بأنها من أحماض لويس. في جزيء NH3BF3، تكون ذرة البورون هي الذرة المستقبلة. وهي تسلك سلوك أحماض لويس. وقواعد لويس هي أنواع يمكنها منح زوج حر من الإلكترونات. في جميع أمثلة الروابط التساهمية التناسقية التي درسناها حتى الآن، تسلك الذرات المانحة سلوك قواعد لويس.
تعمل أيونات الفلزات الموضوعة في الماء السائل على جذب جزيئات الماء بقوة كبيرة. والسبب في هذا أن أيونات الفلزات صغيرة الحجم نسبيًّا، وقد تكون لها شحنة موجبة عالية، مثل أيون الألومنيوم ثلاثة موجب. وتكون قوى الجذب كبيرة لدرجة تسمح بتكوين روابط تساهمية تناسقية. تحتوي جزيئات الماء على أزواج حرة موجودة على ذرات الأكسجين. وتلك هي الذرات المانحة في هذه الحالة. ويمكن لأيون واحد من الألومنيوم ثلاثة موجب أن يكون ست روابط تساهمية تناسقية مع ستة جزيئات ماء منفصلة. يستخدم زوج حر واحد فقط في كل جزيء ماء لتكوين تلك الروابط التساهمية التناسقية. والزوج الحر الآخر يشير بعيدًا عن ذرة الألومنيوم، وبالتالي فهو ليس مشاركًا في الترابط.
تستقبل ذرة الألومنيوم تلك الإلكترونات في بعض المدارات الشاغرة. وتكون الشحنة ثلاثة موجب في أيون الألومنيوم موزعة الآن بالتساوي عبر الجزيء بالكامل. ونظرًا لأن جزيئات الماء الستة ستلتف حول ذرة الألومنيوم المركزية، فإن هذا الأيون يعرف باسم أيون الألومنيوم المائي السداسي.
والآن حان وقت تناول سؤال لاختبار فهمك لدرس الرابطة التساهمية التناسقية.
يحتوي أيون الأمونيوم NH4+ على رابطة تساهمية تناسقية. أي الصيغ التوضيحية الآتية توضح بطريقة صحيحة بنية أيون الأمونيوم هذا؟
في أيون الأمونيوم، وصيغته NH4+، يكون النيتروجين هو الذرة المانحة فيما يتعلق بتكوين الرابطة التساهمية التناسقية. ومطلوب منا في هذا السؤال تحديد الصيغة التوضيحية لأيون الأمونيوم. تظهر الصيغة التوضيحية جميع الروابط وجميع الذرات الموجودة في البنية.
جميع البنى المحتملة هنا توضح عدد ذرات أيون الأمونيوم ونوعها الصحيحين. تحتوي كل بنية محتملة على ذرة نيتروجين واحدة وأربع ذرات هيدروجين. وجميع البنى المحتملة لها شحنة موجبة موجودة في الموضع الصحيح.
عند كتابة الصيغ التوضيحية، نستخدم خطًّا مستقيمًا أو شرطة لتمثيل الروابط التساهمية العادية. ويجب أن نستخدم سهمًا لتمثيل الروابط التساهمية التناسقية. وفي هذه الحالة، يجب أن يظهر السهم الاتجاه الصحيح لمنح الزوج الحر، بمعنى أن يتجه من ذرة النيتروجين إلى ذرة الهيدروجين.
تذكر أن ذرة النيتروجين هي الذرة المانحة، وذرة الهيدروجين هي الذرة المستقبلة في هذه الرابطة. البنية الوحيدة التي تستخدم الترميز الصحيح للصيغة التوضيحية هي البنية (هـ). إذن هذه هي الإجابة الصحيحة.
دعونا نر لماذا الإجابات الأخرى غير صحيحة. في البنية (أ)، نرى خطًّا متقطعًا يستخدم في تمثيل إحدى الروابط. والخط المتقطع يستخدم في الغالب للإشارة إلى أن الرابطة ليست رابطة كاملة، بل هي رابطة جزيئية فقط. ومن أمثلة ذلك الرابطة الهيدروجينية المتكونة بين جزيئين. بالرغم من أن جزيئات الأمونيا يمكن أن تكون روابط هيدروجينية جزيئية، فإن هذا الخط المتقطع لا يمثل الرابطة التساهمية التناسقية في أيون الأمونيوم. ومن ثم فهذه البنية ليست هي الإجابة الصحيحة.
وفي البنية (ب)، نرى إحدى الروابط التساهمية ممثلة في شكل خط عريض له طرف رفيع. يشير هذا الخط العريض إلى أن الرابطة تبرز من مستوى سطح الرسم. ويشير إلى خارج الصفحة. هذه البنية لا تمثل الشكل الثلاثي الأبعاد الصحيح لهذا الجزيء. ولا تظهر الرابطة التساهمية التناسقية في الوقت نفسه. إذن فهي ليست الإجابة الصحيحة.
أما البنية (ج) فتتضمن خطًّا مموجًا باعتباره إحدى الروابط التساهمية. يستخدم الخط المموج عندما تكون الكيمياء الفراغية الحقيقية أو اتجاه الرابطة غير معروف. وهذه ليست صيغة توضيحية، وهي لا تحتوي على رابطة تساهمية تناسقية. ومن ثم فهي ليست الإجابة الصحيحة.
أما البنية (د) فهي قريبة جدًّا من الإجابة الصحيحة، فهي لا تحتوي على رابطة تساهمية تناسقية ممثلة بسهم على الإطلاق. ولكنها توضح أربع روابط تساهمية، ومن ثم فهي ليست الإجابة الصحيحة. إذن فالإجابة الصحيحة هي البنية (هـ).
والآن دعونا نراجع أهم النقاط المتعلقة بالروابط التساهمية التناسقية. تحتوي الرابطة التساهمية الأحادية العادية على زوج مشترك واحد من الإلكترونات بين الذرات. في الرابطة التساهمية التناسقية، يأتي زوج الإلكترونات المشترك من إحدى الذرات فقط. يجب أن تحتوي الذرة المانحة في الرابطة التساهمية التناسقية على زوج حر في غلاف التكافؤ. من أمثلة الجزيئات التي تحتوي على رابطة تساهمية تناسقية أيون الأمونيوم، وأيون الهيدرونيوم، وأول أكسيد الكربون.
