بــاب الثالـــث
تدخل ذرات العناصر التفاعلات الكيميائية لإستكمال مستوى
الطاقة الخارجى والتشبة بالغازات الخاملة أوالنبيلة .وهى فى ذلك تصنع
روابط كيميائية وعلى سبيل المثال عند وضع الحديد والكبريت فى بوتقة
واحدة لا يحدث تفاعل إلا بالتسخين إذا يحدث كسر لروابط وتكوين روابط جديدة وذلك هو الذى يؤدى
إلى تغير عدد ألكترونات مستوى الطاقة الخارجى والتشبة بالغازات الخاملة والنبيلة.
ومن ذلك يعرف التفاعل الكيميائى على أنه:- كسر روابط بين الذرات المواد المتفاعلة وتكوين روابط
جديدة بين ذرات المواد الناتجه ويتسبب ذلك فى تغير عدد ألكترونات مستوى الطاقة الخارجى ليتشبة
العنصر بالغازات الحامله (النبيله) .
أولاً : الرابطة الآيونية :
هى
رابطة تنشأ بين ذرتين فى الغالب ذرة فلز ولا فلز ويكون فرق السالبية
الكهربية بينهما أكبر من 1.7 ويحدث تجاذب كهربى ( الكتروستاتيكى ) يطلق
عليه الرابطة الآيونية.
تفسير الرابطة الآيونية:
1) ذرة فلز ( العنصر الأقل فى السالبية الكهربية ) يفقد الكترون أو أكثر وتتحول إلى آيون موجب.
2) ذرة لافلز ( العنصر الأكثر فى السالبية الكهربية )تكتسب الكترون أو أكثر وتتحول لآيون سالب.
3) يحدث تجاذب الكتروستاتيكى بين الآيون الموجب والسالب يطلق عليه الرابطة الآيونية .
س علل : الرابطة الآيونية ليس لها وجود مادى؟
ج : بسبب أنها تجاذب كهربى بين الآيونات الموجبة والآيونات السالبة.
ملحوظة:- السالبية الكهربية لها دور مهم فى الرابطة الأيونية فكلما زادت السالبية الكهربيه أى زاد
البعد الأفقى فى الجدول الدورى بين العنصران المرتبطان كلما زادت الخاصية الأيونية .فإذا كان الفرق
فى السالبية الكهربية أكبر من 1.7 بينهما كان المركب الناتج أيونيا" غالبا"
صفات المركبات الآيونية :-
1 مواد صلبة متبلرة توجد فيما يسمى بالشبكة البللورية .
2 تذوب فى الماء وفى المذيبات القطبية ( علل )
لأنه
عند وضع المركب الآيونى فى الماء يتفكك إلى أيونات موجبة وأيونات سالبة
فتنتزع هذه الأيونات جزئيات الماء من الرابطة الهيدروجنية التى توجد بينهما
وبين بعضها . وتحاط هذه الأيونات بجزئيات الماء وترتبط بها وبالتالى تذوب
فيه.
3 توصل التيار الكهربى بدرجة عالية ( علل )
لأنها مركبات متأنية فهى تكون فى الماء المحاليل على هيئة آيونات مماهة وفى المصهور على هيئة آيونات حرة.
4 لها درجة انصهار وغليان مرتفعة ( علل )
بسبب
وجود الآيونات الموجبة والسالبة فى الشبكة البللورية وتحتاج طاقة عالية
لكسر الروابط داخلها وفصل الأيونات الموجبة عن الآيونات السالبة داخلها
فترتفع درجة الانصهار والغليان.
ثانياً: الرابطة التساهمية : –
هى رابطة تنشأ بين ذرتين لا فلزين غالباً تكون فرق السالبة الكهربية بينهما أقل من 7, 1لك لاستكمال مستوى الطاقة الخارجى لكل منها.
تفسير الرابطة التساهمية :- سوف يتم ذكرها فيما بعد
صفات المركبات التساهمية:
1 لها درجة انصهار وغليان منخفضة ( علل )
بسبب ضعف الروابط بين الجزئيات وبعضها ولذلك نحتاج طاقة قليلة تفصلها.
2 تذوب فى المذيبات العضوية مثل رابع كلوريد الكربون البنزين ولا تذوب فى المذيبات القطبية مثل الماء . ( علل )
جـ ) بسبب ضعف الروابط بين جزئيات المذيب العضوى وبعضها فتتمكن جزئيات المركب التساهمى من الانتشار خلاله وبالتالى تذوب فيه.
علل :- لا تذوب المركبات التساهمية فى الماء ولا فى المذيبات القطبية؟
بسبب وجود روابط هيدروجينية بين جزئيات الماء بعضها تمنع جزئيات المركب التساهمى من الانتشار إلى داخل الماء وبالتالى لا تذوب فيه.
3 رديئة التوصيل للتيار الكهربى ( علل )
بسبب أنها مركبات غير متأنية أى لا تحتوى على أيونات حرة.
أنواع المركبات التساهمية :-
1) مركبات تساهمية قطبية : تكون فرق السالبة الكهربية أقل من 1.7 وأكبر من صفر مثل HCl , H2O
2) مركبات تساهمية نقية : تكون فرق السالبية الكهربية صفر مثل Cl2, H2 , O2
س
: إذا علمت أن السالبية الكهربية لعناصر الصوديوم والماغنسيوم والألومنيوم
والكلور هى على الترتيب 0.9 ،1.2،1.5،3 فاذكر نوع الرابطة فى كلوريد
الصوديوم ، كلوريد ماغنسيوم ، كلوريد الألومنيوم وأيهما يوصل للتيار
الكهربى وأيهما له درجة انصهار أعلى .
وجه المقارنة NaCl MgCl2 AlCl3
الفرق فى السالبية 2.1= 0.9- 3 1.8 = 1.2 –3 1.5 = 1.5 – 3
نوع الرابطة أيونية قوية أيونية تساهمية قطبية
درجة الانصهار مرتفعة جداً مرتفعة يتسامى
التوصل للتيار الكهربى توصل بدرجة عالية جداً توصل بدرجة جيدة رديئة التوصيل للتيار الكهربى.
النظريات التى وضعت لتفسير الرابطة التساهمية
1- نظرية الثمانيات: (نظرية الالكترونية للتكافؤ – نظرية كوسل ، ولويس )
فيما عدا الهيدروجين واللثيوم والبريليوم تميل جميع ذرات العناصر لاستكمال مستوى الطاقة الخارجى للعدد ثمانى الكترونات أى
إلى التركيب الثمانى. رمزت لللالكترونات برموز هى x ، . ، o
أمثلة
سبب فشل هذه النظرية :
أ-
لم تستطيع تفسير بعض الجزئيات مثل ثالث فلوريد البورون BF3 خامس كلوريد
الفوسفور PCl5حيث وجد أن حول ذرة البورون 6 الكترونات وليس 8وجد أن حول ذرة
الفوسفور 10 الكترونات وليس 8 الكترونات فى مستوى الطاقة الأخير كما تنص
النظرية.
ب-لم تعد الصورة المبسطة للرابطة التساهمية كزوج من
الألكترونات المشتركة كافية لتفسير كثير من خواص الجزيئات منها الشكل
الفراغى للجزئ والزوايا بين الروابط فيه .
2- نظرية رابطة التكافؤ
نص
النظرية : تنشأ الرابطة التساهمية من تداخل أوربيتال يحتوى على إلكترون
مفرد من ذرة مع أوربيتال آخر يحتوى على إلكترون مفرد من ذرة أخرى.
تفسير جزئ H2
طبيعى أن كل ذرة H تحتوى على إلكترون مفرد فى أوربيتال كروى متماثل فى المستوى الفرعى S
يحدث تداخل بينهم يتكون على أثره جزئ الهيدروجين كما يتضح من الشكل الأتى:-
2- تفسير جزئى HF
ذرة H بها أوربيتال كروى متماثل (S )به الكترون مفرد
ذرة F وتوزيعها كالأتى:- 1S2 2S2 2P5
أخر مستوى فرعى هو 2P5
لاحظ :- الاوربيتال الغير مظلل هو الذى به الكترون مفرد. 2p5
يحدث تداخل بين أوربيتال S من الهيدروجين وأوربيتال P من الفلور
والذى يحتوى على الكترون مفرد
حيث يتكون جزئ فلوريد الهيدروجين كما بالشكل
HF
4 تفسير جزئ الميثان
جزئ الميثان عبارة عن ذرة كربون مرتبطة بأربع روابط تساهمية أحادية متساوية فى الطاقة ومن نفس النوع .
ذرة الكربون فى الحالة العادية يكون تركيبه الألكترونى كما يلى :-
1S2
أما الأربع ذرات هيدروجين فالتركيب الألكترونى لكلا" منهم 1S1 وبالتالى يكون لها الشكل
يحدث تداخل بين كل أوربيتال SP3 من الكربون مع أوربتال من 1S1 من ذرة الهيدروجين وتتكون روابط سيجما .
ويتكون شكل الميثان السابق
ملحوظة :-1- الزوايا بين الأوربيتال 28 ،109 2- نوع التهجين Sp3 3- شكل التهجين :- هرم رباعى الأوجه
تعريف
التهجين : هو خليط من أوربيتالات ذرية تحتوى على الكترونات مفردة
ولمستويات فرعية قريبة من بعضها فى الطاقة وتوجد فى نفس الذرة .
شروط عملية التهجين :- محددة فى التعريف.
س:- علل:- الزوايا بين الأروبيتالات المهجنة فى الميثان = 109.28ْ وليست 90ْ ؟
جـ:-لتفادى قوى التنافر بين الأوربيتالات المهجنة فى الفراغ بأقصى درجة ممكنة.
نتائج عملية التهجين .
1 عدد الأوربيتالات الداخلة فى عملية التهجين = عدد الأوربيتالات الناتجة منه.
2 الأوربيتالات الناتجة من عملية التهجين متساوية فى الطاقة ومن نفس النوع.
3 الأوربيتالات المهجنة أكثر بروزاً وأكثر قدرة على التداخل من الأوربيتال الغير مهجنة.
أهمية التداخل فى نظرية رابطة التكافؤ
يعمل على تقليل المسافة بين الأنوية فيزيد من كثافة الألكترونات بينهما وهذا يؤدى لزيادة قوة الرابطة
(3) نظرية الأوربيتالات الجزيئية
نص
النظرية : هذه النظرية تنص على أن الجزىء ذرة كبيرة متعددة الأنوية أى
وحدة واحدة يحدث تداخل بين جميع أوربيتالاتها الذرية لتكوين أوربيتالات
جزيئية . H H
H – C = C – H
3) كيف فسرت جزئ الإثيلين
ذرتين كربون فى جزئ الإيثيلين بينهما رابطتين تساهميتين أحدهما سيجما والأخرى باى.
التنافر بينها إذا ازدوجت فى نفس الاروبيتال.
تدخل ذرات العناصر التفاعلات الكيميائية لإستكمال مستوى
الطاقة الخارجى والتشبة بالغازات الخاملة أوالنبيلة .وهى فى ذلك تصنع
روابط كيميائية وعلى سبيل المثال عند وضع الحديد والكبريت فى بوتقة
واحدة لا يحدث تفاعل إلا بالتسخين إذا يحدث كسر لروابط وتكوين روابط جديدة وذلك هو الذى يؤدى
إلى تغير عدد ألكترونات مستوى الطاقة الخارجى والتشبة بالغازات الخاملة والنبيلة.
ومن ذلك يعرف التفاعل الكيميائى على أنه:- كسر روابط بين الذرات المواد المتفاعلة وتكوين روابط
جديدة بين ذرات المواد الناتجه ويتسبب ذلك فى تغير عدد ألكترونات مستوى الطاقة الخارجى ليتشبة
العنصر بالغازات الحامله (النبيله) .
أولاً : الرابطة الآيونية :
هى
رابطة تنشأ بين ذرتين فى الغالب ذرة فلز ولا فلز ويكون فرق السالبية
الكهربية بينهما أكبر من 1.7 ويحدث تجاذب كهربى ( الكتروستاتيكى ) يطلق
عليه الرابطة الآيونية.
تفسير الرابطة الآيونية:
1) ذرة فلز ( العنصر الأقل فى السالبية الكهربية ) يفقد الكترون أو أكثر وتتحول إلى آيون موجب.
2) ذرة لافلز ( العنصر الأكثر فى السالبية الكهربية )تكتسب الكترون أو أكثر وتتحول لآيون سالب.
3) يحدث تجاذب الكتروستاتيكى بين الآيون الموجب والسالب يطلق عليه الرابطة الآيونية .
س علل : الرابطة الآيونية ليس لها وجود مادى؟
ج : بسبب أنها تجاذب كهربى بين الآيونات الموجبة والآيونات السالبة.
ملحوظة:- السالبية الكهربية لها دور مهم فى الرابطة الأيونية فكلما زادت السالبية الكهربيه أى زاد
البعد الأفقى فى الجدول الدورى بين العنصران المرتبطان كلما زادت الخاصية الأيونية .فإذا كان الفرق
فى السالبية الكهربية أكبر من 1.7 بينهما كان المركب الناتج أيونيا" غالبا"
صفات المركبات الآيونية :-
1 مواد صلبة متبلرة توجد فيما يسمى بالشبكة البللورية .
2 تذوب فى الماء وفى المذيبات القطبية ( علل )
لأنه
عند وضع المركب الآيونى فى الماء يتفكك إلى أيونات موجبة وأيونات سالبة
فتنتزع هذه الأيونات جزئيات الماء من الرابطة الهيدروجنية التى توجد بينهما
وبين بعضها . وتحاط هذه الأيونات بجزئيات الماء وترتبط بها وبالتالى تذوب
فيه.
3 توصل التيار الكهربى بدرجة عالية ( علل )
لأنها مركبات متأنية فهى تكون فى الماء المحاليل على هيئة آيونات مماهة وفى المصهور على هيئة آيونات حرة.
4 لها درجة انصهار وغليان مرتفعة ( علل )
بسبب
وجود الآيونات الموجبة والسالبة فى الشبكة البللورية وتحتاج طاقة عالية
لكسر الروابط داخلها وفصل الأيونات الموجبة عن الآيونات السالبة داخلها
فترتفع درجة الانصهار والغليان.
ثانياً: الرابطة التساهمية : –
هى رابطة تنشأ بين ذرتين لا فلزين غالباً تكون فرق السالبة الكهربية بينهما أقل من 7, 1لك لاستكمال مستوى الطاقة الخارجى لكل منها.
تفسير الرابطة التساهمية :- سوف يتم ذكرها فيما بعد
صفات المركبات التساهمية:
1 لها درجة انصهار وغليان منخفضة ( علل )
بسبب ضعف الروابط بين الجزئيات وبعضها ولذلك نحتاج طاقة قليلة تفصلها.
2 تذوب فى المذيبات العضوية مثل رابع كلوريد الكربون البنزين ولا تذوب فى المذيبات القطبية مثل الماء . ( علل )
جـ ) بسبب ضعف الروابط بين جزئيات المذيب العضوى وبعضها فتتمكن جزئيات المركب التساهمى من الانتشار خلاله وبالتالى تذوب فيه.
علل :- لا تذوب المركبات التساهمية فى الماء ولا فى المذيبات القطبية؟
بسبب وجود روابط هيدروجينية بين جزئيات الماء بعضها تمنع جزئيات المركب التساهمى من الانتشار إلى داخل الماء وبالتالى لا تذوب فيه.
3 رديئة التوصيل للتيار الكهربى ( علل )
بسبب أنها مركبات غير متأنية أى لا تحتوى على أيونات حرة.
أنواع المركبات التساهمية :-
1) مركبات تساهمية قطبية : تكون فرق السالبة الكهربية أقل من 1.7 وأكبر من صفر مثل HCl , H2O
2) مركبات تساهمية نقية : تكون فرق السالبية الكهربية صفر مثل Cl2, H2 , O2
س
: إذا علمت أن السالبية الكهربية لعناصر الصوديوم والماغنسيوم والألومنيوم
والكلور هى على الترتيب 0.9 ،1.2،1.5،3 فاذكر نوع الرابطة فى كلوريد
الصوديوم ، كلوريد ماغنسيوم ، كلوريد الألومنيوم وأيهما يوصل للتيار
الكهربى وأيهما له درجة انصهار أعلى .
وجه المقارنة NaCl MgCl2 AlCl3
الفرق فى السالبية 2.1= 0.9- 3 1.8 = 1.2 –3 1.5 = 1.5 – 3
نوع الرابطة أيونية قوية أيونية تساهمية قطبية
درجة الانصهار مرتفعة جداً مرتفعة يتسامى
التوصل للتيار الكهربى توصل بدرجة عالية جداً توصل بدرجة جيدة رديئة التوصيل للتيار الكهربى.
النظريات التى وضعت لتفسير الرابطة التساهمية
1- نظرية الثمانيات: (نظرية الالكترونية للتكافؤ – نظرية كوسل ، ولويس )
فيما عدا الهيدروجين واللثيوم والبريليوم تميل جميع ذرات العناصر لاستكمال مستوى الطاقة الخارجى للعدد ثمانى الكترونات أى
إلى التركيب الثمانى. رمزت لللالكترونات برموز هى x ، . ، o
أمثلة
سبب فشل هذه النظرية :
أ-
لم تستطيع تفسير بعض الجزئيات مثل ثالث فلوريد البورون BF3 خامس كلوريد
الفوسفور PCl5حيث وجد أن حول ذرة البورون 6 الكترونات وليس 8وجد أن حول ذرة
الفوسفور 10 الكترونات وليس 8 الكترونات فى مستوى الطاقة الأخير كما تنص
النظرية.
ب-لم تعد الصورة المبسطة للرابطة التساهمية كزوج من
الألكترونات المشتركة كافية لتفسير كثير من خواص الجزيئات منها الشكل
الفراغى للجزئ والزوايا بين الروابط فيه .
2- نظرية رابطة التكافؤ
نص
النظرية : تنشأ الرابطة التساهمية من تداخل أوربيتال يحتوى على إلكترون
مفرد من ذرة مع أوربيتال آخر يحتوى على إلكترون مفرد من ذرة أخرى.
تفسير جزئ H2
طبيعى أن كل ذرة H تحتوى على إلكترون مفرد فى أوربيتال كروى متماثل فى المستوى الفرعى S
يحدث تداخل بينهم يتكون على أثره جزئ الهيدروجين كما يتضح من الشكل الأتى:-
2- تفسير جزئى HF
ذرة H بها أوربيتال كروى متماثل (S )به الكترون مفرد
ذرة F وتوزيعها كالأتى:- 1S2 2S2 2P5
أخر مستوى فرعى هو 2P5
لاحظ :- الاوربيتال الغير مظلل هو الذى به الكترون مفرد. 2p5
يحدث تداخل بين أوربيتال S من الهيدروجين وأوربيتال P من الفلور
والذى يحتوى على الكترون مفرد
حيث يتكون جزئ فلوريد الهيدروجين كما بالشكل
HF
4 تفسير جزئ الميثان
جزئ الميثان عبارة عن ذرة كربون مرتبطة بأربع روابط تساهمية أحادية متساوية فى الطاقة ومن نفس النوع .
ذرة الكربون فى الحالة العادية يكون تركيبه الألكترونى كما يلى :-
1S2
أما الأربع ذرات هيدروجين فالتركيب الألكترونى لكلا" منهم 1S1 وبالتالى يكون لها الشكل
يحدث تداخل بين كل أوربيتال SP3 من الكربون مع أوربتال من 1S1 من ذرة الهيدروجين وتتكون روابط سيجما .
ويتكون شكل الميثان السابق
ملحوظة :-1- الزوايا بين الأوربيتال 28 ،109 2- نوع التهجين Sp3 3- شكل التهجين :- هرم رباعى الأوجه
تعريف
التهجين : هو خليط من أوربيتالات ذرية تحتوى على الكترونات مفردة
ولمستويات فرعية قريبة من بعضها فى الطاقة وتوجد فى نفس الذرة .
شروط عملية التهجين :- محددة فى التعريف.
س:- علل:- الزوايا بين الأروبيتالات المهجنة فى الميثان = 109.28ْ وليست 90ْ ؟
جـ:-لتفادى قوى التنافر بين الأوربيتالات المهجنة فى الفراغ بأقصى درجة ممكنة.
نتائج عملية التهجين .
1 عدد الأوربيتالات الداخلة فى عملية التهجين = عدد الأوربيتالات الناتجة منه.
2 الأوربيتالات الناتجة من عملية التهجين متساوية فى الطاقة ومن نفس النوع.
3 الأوربيتالات المهجنة أكثر بروزاً وأكثر قدرة على التداخل من الأوربيتال الغير مهجنة.
أهمية التداخل فى نظرية رابطة التكافؤ
يعمل على تقليل المسافة بين الأنوية فيزيد من كثافة الألكترونات بينهما وهذا يؤدى لزيادة قوة الرابطة
(3) نظرية الأوربيتالات الجزيئية
نص
النظرية : هذه النظرية تنص على أن الجزىء ذرة كبيرة متعددة الأنوية أى
وحدة واحدة يحدث تداخل بين جميع أوربيتالاتها الذرية لتكوين أوربيتالات
جزيئية . H H
H – C = C – H
3) كيف فسرت جزئ الإثيلين
ذرتين كربون فى جزئ الإيثيلين بينهما رابطتين تساهميتين أحدهما سيجما والأخرى باى.
التنافر بينها إذا ازدوجت فى نفس الاروبيتال.
nihal bahaa2011-11-20, 9:30 pm