شرح درس الروابط الكيميائية | علوم أولى اعدادى

الروابط الكيميائية

يُعد هذا الدرس أساسياً لفهم "كيفية حدوث التفاعلات الكيميائية". الذرات في العادة لا تبقى منفردة (باستثناء الغازات الخاملة)، بل تميل للارتباط مع ذرات أخرى لتكوين "جزيئات". هذا الارتباط هو ما نسميه "الرابطة الكيميائية".

تنشأ الروابط الكيميائية عندما تحاول الذرات الوصول إلى "حالة الاستقرار"، أي أن يصبح مستوى طاقتها الأخير مكتملاً بالإلكترونات (غالباً ٨ إلكترونات)، لتشبه بذلك أقرب غاز خامل لها. ولتحقيق هذا الاستقرار، تنشأ بين الذرات نوعان رئيسيان من الروابط: "الرابطة الأيونية" و "الرابطة التساهمية".

أساس التفاعل: سلوك الذرات (الفلزات واللافلزات)

لكي نفهم الروابط، يجب أن نتذكر سلوك العناصر. "الغازات النبيلة" (مثل النيون والهيليوم والأرجون) هي عناصر مستقرة لأن مستوى طاقتها الأخير مكتمل بـ ٨ إلكترونات، لذلك هي لا تدخل في تفاعلات كيميائية في الظروف العادية.

أما باقي العناصر (الفلزات واللافلزات)، فهي "نشطة" لأن مستوى طاقتها الأخير غير مكتمل، ولذلك تسعى للوصول إلى هذا الاستقرار.

سلوك الفلزات (تميل للفقد)

"الفلزات" هي عناصر تحتوي في مستواها الأخير على عدد قليل من الإلكترونات (١ أو ٢ أو ٣ إلكترونات).

لكي تستقر، هي "تميل إلى فقد" هذه الإلكترونات القليلة، وعندما تفقدها، تتحول إلى "أيون موجب" (كاتيون).

مثال: ذرة الصوديوم (Na) توزيعها (٢, ٨, ١). تميل إلى "فقد" هذا الإلكترون الوحيد، فتصبح أيون صوديوم موجب (Na⁺) توزيعه (٢, ٨)، وهو نفس توزيع غاز النيون الخامل.

سلوك اللافلزات (تميل للاكتساب أو المشاركة)

"اللافلزات" هي عناصر تحتوي في مستواها الأخير على عدد كبير من الإلكترونات (٥ أو ٦ أو ٧ إلكترونات).

لكي تستقر، هي "تميل إلى اكتساب" إلكترونات لتكمل مستواها الأخير إلى ٨، وعندما تكتسب، تتحول إلى "أيون سالب" (أنيون).

مثال: ذرة الكلور (Cl) توزيعها (٢, ٨, ٧). تميل إلى "اكتساب" إلكترون واحد، فتصبح أيون كلوريد سالب (Cl⁻) توزيعه (٢, ٨, ٨)، وهو نفس توزيع غاز الأرجون الخامل.

(سؤال مقالي):
ذرة الألومنيوم (Al) عددها الذري ١٣، وذرة الأكسجين (O) عددها الذري ٨.
وضح سلوك كل ذرة منهما (فقد أم اكتساب؟) عند الدخول في تفاعل كيميائي، ولماذا؟

الأيونات (الأيون الموجب والأيون السالب)

"الأيون" هو ذرة (أو مجموعة ذرية) فقدت أو اكتسبت إلكتروناً أو أكثر، فأصبحت تحمل شحنة كهربائية (موجبة أو سالبة).

الأيون الموجب (الكاتيون)

هو ذرة عنصر "فلزي" فقدت إلكتروناً أو أكثر.

  • يكون عدد "البروتونات الموجبة" فيه "أكبر" من عدد الإلكترونات السالبة.
  • يحمل شحنات موجبة تساوي عدد الإلكترونات التي فقدها.
  • يكون عدد "مستويات الطاقة" فيه "أقل" من عدد مستويات الطاقة في ذرته الأصلية (لأنه فقد مستوى كاملاً).

الأيون السالب (الأنيون)

هو ذرة عنصر "لا فلزي" اكتسبت إلكتروناً أو أكثر.

  • يكون عدد "الإلكترونات السالبة" فيه "أكبر" من عدد البروتونات الموجبة.
  • يحمل شحنات سالبة تساوي عدد الإلكترونات التي اكتسبها.
  • يكون عدد "مستويات الطاقة" فيه "مساوياً" لعدد مستويات الطاقة في ذرته الأصلية (لأنه يكمل نفس المستوى).

اختر الإجابة الصحيحة:
عندما تتحول ذرة الماغنسيوم (Mg 12) إلى أيون (Mg⁺²)، فإن هذا يعني أن...
(أ) عدد البروتونات أصبح ١٠.
(ب) عدد الإلكترونات أصبح ١٠.
(ج) عدد مستويات الطاقة زاد بمقدار واحد.
(د) عدد النيوترونات نقص بمقدار اثنين.

أولاً: الرابطة الأيونية (فقد واكتساب)

هي الرابطة التي تنتج من "التجاذب الكهربي" القوي بين أيون موجب (لعنصر فلزي) وأيون سالب (لعنصر لا فلزي).

كيفية حدوث الرابطة الأيونية

لا تحدث هذه الرابطة بالمشاركة، بل بـ "الفقد والاكتساب" الكامل.

مثال (تكوين كلوريد الصوديوم NaCl):

  • ذرة الصوديوم (Na 11) الفلزية (توزيعها ٢, ٨, ١) "تفقد" إلكترون مستواها الأخير وتتحول إلى أيون صوديوم موجب (Na⁺).
  • ذرة الكلور (Cl 17) اللافلزية (توزيعها ٢, ٨, ٧) "تكتسب" هذا الإلكترون وتتحول إلى أيون كلوريد سالب (Cl⁻).
  • يحدث "تجاذب كهربي" قوي بين الأيون الموجب (Na⁺) والأيون السالب (Cl⁻) لتكوين "مركب أيوني" متعادل الشحنة وهو ملح الطعام (NaCl).

ملاحظات هامة على الرابطة الأيونية

  • لا يمكن أن تنشأ الرابطة الأيونية بين ذرتين لعنصر "فلزي" واحد (لأن كلاهما يميل للفقد).
  • لا يمكن أن تنشأ الرابطة الأيونية بين ذرتين لعنصر "لا فلزي" واحد (لأن كلاهما يميل للاكتساب).
  • الرابطة الأيونية تنتج "جزيئات مركبات" فقط (مثل NaCl, MgO)، ولا يمكن أن تنتج "جزيئات عناصر" (مثل O₂ أو H₂).

(علل): لماذا لا يمكن أن يتحد عنصري الصوديوم (Na 11) والماغنسيوم (Mg 12) معاً لتكوين رابطة أيونية؟

ثانياً: الرابطة التساهمية (المشاركة)

هي الرابطة التي تنشأ بين ذرات العناصر "اللافلزية" مع بعضها البعض (سواء لنفس العنصر أو لعنصرين لافلزيين مختلفين).

كيفية حدوث الرابطة التساهمية

بما أن كلا الذرتين من اللافلزات (تميلان للاكتساب)، فلا يمكن لأي منهما أن "تفقد" إلكترونات. لذلك، يتم الحل عن طريق "المشاركة".

تتم "المشاركة" بالإلكترونات، حيث تساهم كل ذرة بعدد من إلكترونات مستواها الأخير، وتصبح هذه الإلكترونات المشتركة (الزوج الرابط) في حيازة كلا الذرتين في نفس الوقت، ليكتمل مستوى الطاقة الأخير لهما معاً.

خصائص الرابطة التساهمية

  • يمكن أن تنشأ بين ذرتين لعنصر لافلز "واحد" (لتكوين جزيء عنصر مثل H₂ أو O₂).
  • يمكن أن تنشأ بين ذرتين لعنصرين لافلزيين "مختلفين" (لتكوين جزيء مركب مثل H₂O أو HCl).

(سؤال مقالي):
ذرة الكربون (C 6) هي أساس المركبات العضوية.
في رأيك، هل تميل ذرة الكربون لتكوين روابط أيونية أم تساهمية؟ ولماذا؟ (توزيع الكربون: ٢, ٤)

أنواع الروابط التساهمية (أحادية، ثنائية، ثلاثية)

تعتمد قوة ونوع الرابطة التساهمية على "عدد" أزواج الإلكترونات التي تشارك بها الذرات.

الرابطة التساهمية الأحادية (-)

هي الرابطة التي تشارك فيها كل ذرة بـ "إلكترون واحد" فقط.

النتيجة: يتكون "زوج واحد" من الإلكترونات المشتركة (إجمالي ٢ إلكترون). ويُرمز لها بخط واحد (-).

أمثلة: الرابطة في جزيء الهيدروجين (H₂)، والروابط في جزيء الماء (H₂O)، والرابطة في كلوريد الهيدروجين (HCl).

الرابطة التساهمية الثنائية (=)

هي الرابطة التي تشارك فيها كل ذرة بـ "إلكترونين".

النتيجة: يتكون "زوجان" من الإلكترونات المشتركة (إجمالي ٤ إلكترونات). ويُرمز لها بخطين (=).

مثال: الرابطة في جزيء الأكسجين (O₂)، حيث تحتاج كل ذرة أكسجين (٢, ٦) إلى إلكترونين، فتشارك كل ذرة بإلكترونين.

الرابطة التساهمية الثلاثية (≡)

هي الرابطة التي تشارك فيها كل ذرة بـ "ثلاثة إلكترونات".

النتيجة: يتكون "ثلاثة أزواج" من الإلكترونات المشتركة (إجمالي ٦ إلكترونات). ويُرمز لها بثلاثة خطوط (≡).

مثال: الرابطة في جزيء النيتروجين (N₂)، حيث تحتاج كل ذرة نيتروجين (٢, ٥) إلى ثلاثة إلكترونات، فتشارك كل ذرة بثلاثة إلكترونات.

(سؤال مقالي):
جزيء "الأمونيا" (النشادر) يتكون من ذرة نيتروجين (N 7) وثلاث ذرات هيدروجين (H 1).
وضح نوع وعدد الروابط التساهمية في هذا الجزيء.

خواص المركبات الأيونية والتساهمية

يؤدي اختلاف نوع الرابطة (أيونية أم تساهمية) إلى اختلاف كبير جداً في الخواص الفيزيائية للمركبات.

جدول المقارنة بين الخواص

الخاصية المركبات الأيونية (مثل: ملح الطعام NaCl) المركبات التساهمية (مثل: كلوريد الهيدروجين HCl)
الحالة الفيزيائية توجد غالباً في صورة "صلبة" في درجة الحرارة العادية. يمكن أن توجد في صورة "غازية" (HCl) أو "سائلة" (الماء) أو "صلبة".
درجة الانصهار والغليان "مرتفعة جداً"، بسبب قوة التجاذب الكهربي الكبيرة بين الأيونات. "منخفضة"، لأن القوى بين الجزيئات ضعيفة.
الذوبان في الماء "معظمها يذوب" في المذيبات القطبية كالماء. "معظمها لا يذوب" في الماء (وبعضها يذوب).
التوصيل الكهربي "توصل" التيار الكهربي، ولكن فقط عندما تكون "منصهرة" أو "محلول في الماء" (بسبب حرية حركة الأيونات). "لا توصل" التيار الكهربي (لأنها لا تتأين)، وبعضها يتأين بدرجة ضعيفة.

(علل): لا يمكن تسييح "السكر" (مركب تساهمي) واستخدامه لتوصيل الكهرباء، بينما يمكن فعل ذلك بـ "ملح الطعام" (مركب أيوني)؟