روابط Interatomic: الخصائص والأنواع

الرابطة بين الذرية هي الرابطة الكيميائية التي تتشكل بين الذرات لإنتاج الجزيئات.

على الرغم من أن العلماء اليوم يتفقون عمومًا على أن الإلكترونات لا تدور حول النواة ، فقد كان يعتقد على مدار التاريخ أن كل إلكترون يدور حول نواة الذرة في طبقة منفصلة.

توصل العلماء اليوم إلى أن الإلكترونات تحوم فوق مناطق محددة من الذرة ولا تشكل مدارات ؛ ومع ذلك ، لا تزال قشرة التكافؤ تستخدم لوصف توافر الإلكترونات.

ساهم لينوس بولينج في الفهم الحديث للارتباط الكيميائي عن طريق كتابة كتاب "طبيعة الرابطة الكيميائية" حيث جمع أفكارًا من السير إسحاق نيوتن وإتيان فرانسوا جيفروي وإدوارد فرانكلاند وإدوارد فرانكلاند بوجه خاص.

في ذلك ، ربط فيزياء ميكانيكا الكم بالطبيعة الكيميائية للتفاعلات الإلكترونية التي تحدث عند صنع الروابط الكيميائية.

ركز عمل بولينج على إثبات أن الروابط الأيونية الحقيقية والروابط التساهمية تقع في نهايات الطيف الملزم ، وأن معظم الروابط الكيميائية تصنف بين تلك الأطراف المتطرفة.

قام بولينج أيضًا بتطوير مقياس متنقل من نوع الرابطة التي تحكمها الكهربية للذرات المتضمنة في الرابطة.

أدت مساهمات بولينج الهائلة في فهمنا الحديث للارتباط الكيميائي إلى حصوله على جائزة نوبل لعام 1954 عن "التحقيق في طبيعة الترابط الكيميائي وتطبيقه في توضيح بنية المواد المعقدة".

الكائنات الحية تتكون من ذرات ، لكن في معظم الحالات ، لا تطفو هذه الذرات بشكل منفرد. بدلاً من ذلك ، يتفاعلون عادة مع ذرات أخرى (أو مجموعات من الذرات).

على سبيل المثال ، يمكن توصيل الذرات بواسطة روابط قوية وتنظيمها في جزيئات أو بلورات. أو يمكنهم تكوين روابط مؤقتة ضعيفة مع ذرات أخرى تصطدم بها.

تعد الروابط القوية التي تربط الجزيئات والروابط الضعيفة التي تخلق روابط مؤقتة ضرورية لكيمياء أجسامنا ولوجود الحياة نفسها.

تميل الذرات إلى تنظيم نفسها في أكثر الأنماط ثباتًا ممكنًا ، مما يعني أن لديهم ميلًا لملء أو ملء مدارات الإلكترون الخارجية.

ينضمون إلى ذرات أخرى للقيام بذلك. تُعرف القوة التي تحمل الذرات معًا في مجموعات تُعرف باسم الجزيئات بأنها رابطة كيميائية.

أنواع الروابط الكيميائية بين الذرية

رابط معدني

الرابطة المعدنية هي القوة التي تجمع الذرات معًا في مادة معدنية نقية. تتكون هذه المادة الصلبة من ذرات معبأة بإحكام.

في معظم الحالات ، تتداخل طبقة الإلكترون الخارجية لكل ذرة من المعدن مع عدد كبير من الذرات المجاورة.

نتيجة لذلك ، تتحرك إلكترونات التكافؤ باستمرار من ذرة إلى أخرى ولا ترتبط بأي زوج من الذرات (Encyclopædia Britannica ، 2016).

المعادن لها العديد من الصفات الفريدة ، مثل القدرة على توصيل الكهرباء ، طاقة التأين المنخفضة وانخفاض القدرة الإلكترونية (بحيث تتخلى بسهولة عن الإلكترونات ، أي أنها كاتيونات).

تشمل خصائصه الفيزيائية مظهرًا لامعًا (لامعًا) ، كما أنها مرنة وطويلة. المعادن لها هيكل بلوري. ومع ذلك ، المعادن هي أيضا طيع ودكتايل.

في القرن العشرين ، توصل بول درود إلى نظرية الإلكترونات للإلكترونات بنمذجة المعادن كمزيج من النوى الذرية (النواة الذرية = النواة الإيجابية + الطبقة الداخلية للإلكترونات) والإلكترونات التكافؤ.

في هذا النموذج ، تكون إلكترونات التكافؤ مجانية ، غير موضعية ، متحركة ولا ترتبط بأي ذرة معينة (Clark، 2017).

الرابطة الأيونية

الروابط الأيونية هي كهرباء في الطبيعة. تحدث عندما ينضم عنصر ذي شحنة موجبة إلى عنصر سالبة الشحنة بسبب تفاعلات coulombic.

تميل العناصر ذات الطاقات المنخفضة للتأين إلى فقدان الإلكترونات بسهولة بينما تميل العناصر ذات التقارب الإلكتروني العالي إلى الحصول على الإلكترونات عن طريق إنتاج الكاتيونات والأنيونات على التوالي ، والتي تشكل الروابط الأيونية.

المركبات التي تظهر الروابط الأيونية تشكل بلورات أيونية تتأرجح فيها أيونات الشحنات الموجبة والسالبة قريبة من بعضها البعض ، ولكن لا يوجد دائمًا ارتباط مباشر 1-1 بين الأيونات الموجبة والسالبة.

يمكن عادة كسر الروابط الأيونية من خلال الهدرجة ، أو إضافة الماء إلى مركب (Wyzant، Inc.، SF).

يمكن عادةً فصل المواد التي يتم تجميعها بواسطة روابط أيونية (مثل كلوريد الصوديوم) إلى أيونات مشحونة حقيقية عندما تعمل قوة خارجية عليها ، مثل عندما تذوب في الماء.

بالإضافة إلى ذلك ، في صورة صلبة ، لا يتم جذب الذرات الفردية بواسطة جار منفرد ، بل تشكل شبكات عملاقة تنجذب إلى بعضها البعض من خلال التفاعلات الإلكتروستاتيكية بين نواة كل ذرة وإلكترونات التكافؤ المجاورة.

تعطي قوة الجذب بين الذرات المجاورة المواد الصلبة الأيونية بنية مرتبة للغاية تعرف باسم الشبكة الأيونية ، حيث تتحاور الجسيمات ذات الشحنة المعاكسة مع بعضها البعض لإنشاء هيكل صلب مترابط (Anthony Capri ، 2003).

رابطة تساهمية

يحدث الرابطة التساهمية عندما تتقاسم الذرات أزواج الإلكترونات. سيتم ربط الذرات تساهميًا مع ذرات أخرى للحصول على مزيد من الثبات ، والذي يتم الحصول عليه من خلال تكوين غلاف إلكتروني كامل.

من خلال مشاركة معظم إلكتروناتها (التكافؤ) الخارجية ، يمكن للذرات أن تملأ الطبقة الخارجية من الإلكترونات وتكتسب الاستقرار.

على الرغم من أنه يقال أن الذرات تشترك في الإلكترونات عندما تشكل روابط تساهمية ، إلا أنها لا تشارك الإلكترونات في العادة على قدم المساواة. فقط عندما تشكل ذرتان من نفس العنصر رابطة تساهمية تكون الإلكترونات المشتركة مشتركة فعليًا بين الذرات.

عندما تتقاسم ذرات العناصر المختلفة الإلكترونات عبر الرابطة التساهمية ، سيتم سحب الإلكترون أكثر نحو الذرة مع زيادة القدرة الإلكترونية الكهربية مما يؤدي إلى رابطة تساهمية قطبية.

عند مقارنتها بالمركبات الأيونية ، عادة ما يكون للمركبات التساهمية نقطة انصهار وغليان أقل ولديها ميل أقل للذوبان في الماء.

يمكن أن تكون المركبات التساهمية في حالة غازية أو سائلة أو صلبة ولا تقم بتوصيل الكهرباء أو بئر الحرارة (Camy Fung، 2015).

جسور الهيدروجين

الروابط الهيدروجينية أو الروابط الهيدروجينية هي تفاعلات ضعيفة بين ذرة الهيدروجين المرتبطة بعنصر كهربي مع عنصر كهربية آخر.

في رابطة تساهمية قطبية تحتوي على هيدروجين (على سبيل المثال ، رابطة OH في جزيء الماء) ، سيكون للهيدروجين شحنة موجبة بسيطة لأن الإلكترونات الملزمة يتم سحبها بقوة نحو العنصر الآخر.

بسبب هذه الشحنة الإيجابية الطفيفة ، سيتم جذب الهيدروجين بواسطة أي شحنة سالبة مجاورة (خان ، SF).

روابط فان دير فال

إنها قوى كهربائية ضعيفة نسبياً تجذب جزيئات محايدة لبعضها البعض في الغازات ، وفي الغازات المسيلة والصلبة وفي جميع السوائل العضوية والصلبة تقريبًا.

تم تسمية القوى للفيزيائي الهولندي يوهانس ديديك فان دير فالز ، الذي قام في عام 1873 بافتراض هذه القوى الجزيئية في تطوير نظرية لشرح خواص الغازات الحقيقية (Encyclopædia Britannica ، 2016).

قوات Van der Waals هي مصطلح عام يستخدم لتحديد جاذبية القوى بين الجزيئات.

هناك نوعان من قوات Van der Waals: قوات تشتت لندن التي هي قوات ثنائي القطب أضعف وأقوى (Kathryn Rashe، 2017).