الرابطة التساهمية

الرابطة التساهمية

تعتبر الرابطة التساهمية من الأساسيات الهامة في مجال الكيمياء . يتشكل هذا النوع من الروابط الكيميائية عندما تشارك الذرات إلكتروناتها في تكوين زوج من الإلكترونات المشتركة، وبذلك تتمتع المركبات بالاستقرار والخواص المميزة.

تتميز الرابطة التساهمية بالقوة والثبات، حيث تتطلب طاقة لكسرها، وبالتالي تسهم في استقرار المركبات. وهي تلعب دورًا حاسمًا في تحديد الخواص الفيزيائية والكيميائية للمواد، مثل درجة الانصهار والغليان والقابلية للذوبان والتوصيل الكهربائي.

تعريف الرابطة التساهمية:

الرابطة التساهمية ، أو الرابطة الجزيئية ، هي رابطة كيميائية تتكون بين ذرتين تشتركان في زوج من الإلكترونات ؛ العناصر التي تشكل هذه الروابط هي بشكل عام غير فلزية .

 يمكن أيضًا تسمية الرابطة التساهمية بالرابطة الجزيئية.

 ظهر مصطلح “الرابطة التساهمية” لأول مرة في عام 1939 ، على الرغم من أن إيرفينج لانجموير قد أدخل مصطلح “التساهمية” في عام 1919 لوصف عدد أزواج الإلكترونات المشتركة بين الذرات المجاورة.

تسمى أزواج الإلكترون التي تشارك في الرابطة التساهمية أزواج الترابط أو الأزواج المشتركة. عادة ، تسمح أزواج الترابط المشتركة لكل ذرة بتحقيق غلاف إلكترون خارجي مستقر ، مشابه لتلك التي تظهر في ذرات الغازات النبيلة.

الرابطة الكيميائية التساهمية إما قطبية أو غير قطبية:

يمكن أن تكون الرابطة الكيميائية التساهمية إما قطبية أو غير قطبية.

تشترك الرابطة التساهمية القطبية في الإلكترونات بشكل غير متساو ، مما يعني أن التوزيع غير متوازن ويترك ذرة واحدة بشحنة سالبة جزئية والأخرى بشحنة موجبة جزئية.

تشترك الرابطة التساهمية غير القطبية في الإلكترونات بالتساوي عبر كلتا الذرتين ، مما يؤدي إلى توزيع متوازن ،

ويمكن أن تتشكل فقط بين ذرتين من نفس العنصر( تسمى في هذه الحالة رابطة تساهمية نقية ).الفرق في السالبية الكهربية يساوي صفر لأن الذرتان المرتبطتان متساويتان تماما في السالبية الكهربية .

يتم توسيع التعريف ليشمل الترابط التساهمي بين أي ذرات بفارق في السالبية الكهربية أقل من 0.4. أمثلة الجزيئات ذات الروابط غير القطبية هي H ₂ و N ₂ و CH ₄ .

مع زيادة فرق السالبية الكهربية ، يرتبط زوج الإلكترون في الرابطة ارتباطًا وثيقًا بنواة واحدة أكثر من الأخرى. إذا كان فرق الكهربية بين 0.4 و 1.7 ، فإن الرابطة تكون قطبية مثل جزيء الماء وجزيء الأمونيا أو النشادر .

ملاحظة هامة جدا:

إذا كان فرق السالبية الكهربية أكبر من 1.7 ، فإن الرابطة تكون أيونية.

مما سبق يتضح أنه:

إذا كان فرق السالبية الكهربية أقل من حوالي 0.4 ، فإن الرابطة تعتبر عادة غير قطبية. أما إذا كان الفرق أكبر من 0.4  وأقل من 1.7 ، فإن الرابطة تكون قطبية .

أمثلة للروابط التساهمية النقية(غير قطبية) :

1-الرابطة في جزيء الهيدروجين (رابطة تساهمية أحادية):

2-الرابطة في جزيء الأكسجين(رابطة تساهمية ثنائية):

3- الرابطة في جزيء النيتروجين (رابطة تساهمية ثلاثية) :

1- جزيء الماء :

 كل جزيء من الماء يتكون من ذرة أكسجين واحدة مرتبطة كيميائيًا بذرتين من الهيدروجين.

 ترتبط ذرات الهيدروجين والأكسجين في الماء ارتباطًا تساهميًا .

 جزيء الماء ليس خطيًا ولكنه منحني بطريقة خاصة. ترتبط ذرتا الهيدروجين بـذرة الأكسجين بزاوية 104.5 درجة.

مفتاح فهم السلوك الكيميائي للماء هو هيكله الجزيئي. يتكون جزيء الماء من ذرتين هيدروجين مرتبطين بذرة أكسجين ،

وبنيته العامة منحنية. وذلك لأن ذرة الأكسجين ، بالإضافة إلى تكوين روابط مع ذرات الهيدروجين ، تحمل أيضًا زوجين من الإلكترونات غير المشتركة. تتنافر جميع أزواج الإلكترونات – المشتركة وغير المشتركة – بعضها البعض.

يُصنف الماء على أنه جزيء قطبي بسبب روابطه التساهمية القطبية حيث أن الأكسجين أعلى سالبية كهربية من الهيدروجين لذلك تكون ألكترونات الرابطة التساهمية معظم الوقت ناحية ذرة الأكسجين .

2-جزيء الأمونيا (جزيء النشادر) :

يحدث الترابط بين ذرة نيتروجين واحدة و ثلاث ذرات هيدروجين بروابط تساهمية حيث تشارك كل ذرة هيدروجين الإلكترون الوحيد لديها مع إلكترون من الإلكترونات الخمسة لدى ذرة النيتروجين (حيث أن ذرة النيتروجين لديها 5 إلكترونات في غلاف التكافؤ ) .

وبالتالى جزيء الأمونيا (النشادر) به ثلاث روابط تساهمية أحادية كل منها به زوج من الإلكترونات (إلكترون من الهيدروجين و إلكترون من النيتروجين ) ويتبقي زوج من الإلكترونات الحرة حول ذرة النيتروجين وبالتالي يصبح عدد الإلكترونات حول ذرة النيتروجين 8 .

الرابطة الكيميائية وقاعدة الثمانيات :

تحتوي الذرات على إلكترونات تسمى إلكترونات التكافؤ وهي الأبعد عن النواة وتشارك في الروابط الكيميائية. يجب مشاركة هذه الإلكترونات أو نقلها لتحقيق قاعدة الثمانيات ، والتي تنص على أن الذرات يجب أن تحتوي على ثمانية إلكترونات في غلافها الخارجي من أجل تحقيق الاستقرار. ومع ذلك ، تنطبق هذه القاعدة فقط على عناصر المجموعة الرئيسية مثل الكربون والنيتروجين.

يُعد البورون استثناءً ملحوظًا لقاعدة الثمانيات ، لأنه غالبًا ما يفضل أن يحتوي على 6 إلكترونات فقط ، مكونًا مركبات مثل BF3 أو حمض البوريك (H3BO3).و كذلك الفوسفور يحاط ب 10إلكترونات في جزيء خامس كلوريد الفوسفور .

لذلك ظهرت نظريات أخرى لتفسير الرابطة التساهمية مثل نظرية رابطة التكافؤ التي بنيت على نتائج ميكانيكا الكم .

ثم ظهرت نظرية المدارات الجزيئية (غالبًا ما يتم اختصارها إلى MOT) هي نظرية حول الترابط الكيميائي تم تطويرها في بداية القرن العشرين بواسطة (F. Hund و RS Mulliken )لوصف بنية وخصائص الجزيئات المختلفة.

نظرية المدارات الجزيئية في ضوءها يصف الكيميائيون أحيانًا ويتنبأون بالطرق التي تتشكل بها الروابط التساهمية .

في الختام، يظهر لنا مفهوم الرابطة التساهمية واحدًا من أهم الأسس في مجال الكيمياء. إن تكوين هذا النوع من الروابط الكيميائية بين الذرات يسهم في تكوين المواد والمركبات التي نعتمد عليها يوميًا في حياتنا.

من خلال فهم طبيعة الروابط التساهمية، ندرك أنها تسهم في استقرار المركبات وتحدد خواصها الفيزيائية والكيميائية. وبهذا الشكل، تتيح لنا القدرة على التحكم والتفاعل مع المواد بشكل فعال وإبداعي.

تلعب الرابطة التساهمية دورًا بارزًا في العديد من المجالات الصناعية والتكنولوجية. فهي تستخدم في تصنيع العديد من المركبات الكيميائية، وتساهم في تطوير المواد الجديدة ذات الاستخدامات المتنوعة، مما يعزز التقدم والتطور في مختلف المجالات.

في النهاية، فإن الرابطة التساهمية تشكل أحد أهم الأسس العلمية التي تمكننا من فهم واستخدام العالم من حولنا بشكل أفضل.