وعليكم السلام ورحمة الله وبركاته
اهلا (((المعذبة )) حماك الله
تعبت كثيرا حتى ادون اسمك
'>
كوني بخير
وشكرا لانظمامك في هذه الخارطه العلمية
حسنا .. يبدو انني وجدت في جهازي بقايا وقفات حول الروابط الكيميائية
اتمى ان تنال استحسانك
نظريـــــــــــــــــة لويــــــــــس : وضع لويس Lewis نظرية اشمل لتعريف الاحماض و القواعد وبموجبها تعرف القاعده بأنها : الماده التي لديها قابلية لفقد او منح زوج من الالكترونات
والحامض بأنه : المادة التي لديها القابلية لتقبل زوج من الالكترونات
ومن امثلة المواد التي تتفاعل كأحماض وقواعد وفقا لتعريف لويس :
BF3 + F- = BF4-
H+ + NH3 = NH4+
محلول ملـــــــــــــــــــح الطعام والســــــــــــــــــــــــكر : ان كلا من ملح الطعام او السكر سريع الذوبان في الماء لكن محلول ملح الطعام في الماء موصل جيد للكهرباء في حين ان محلول السكر غير موصل للكهرباء ويرجع السبب في اختلاف الخواص الكهربائية لمحلول ملح الطعام ومحلول السكر الى ان ملح الطعام عندما يذوب في الماء و يتفكك الى ايونات موجبة هي ايونات الصوديوم Na+ وايونات سالبة هي ايونات الكلوريد CL- وتسبح هذه الايونات في الماء محاطه بجزيئات من الماء تساعد على ثباتها اذ تقلل من قوة تجاذب الكتيونات والانيونات التي تسبح وكأنها مستقله عن مجال تجاذب بعضها بعضا وخاصة اذا كان المحلول مخففا وللتعبير عن ظاهرة ان الايونات محاطه بعدد غير معروف من جزيئات الماء نقوم بكتابة لفظ ( مائي ) امام كما هو في التاعل الاتي :
NaCL (S) ===== Na+(aq) + CL-(aq)
ولما كان الملح الصلب متعادلا كهربائيا فإن محلوله المائي متعادل كهربيا ايضا لان عدد الكتيونات مساو لعدد الانيونات ويتم توصيل الكهرباء نتيجه لحركة الايونات في المحلول .
اما في محلول السكر فإن جزيئات السكر تسبح في الماء دون ان تتفكك وبالتالي لاتوجد ايونات تنقل التيار الكهربائي
لاحظ ان معظم مركبات الفلزات القلوية مكونه من ايونات وفي الحالة الصلبه تكون هذه الايونات مرتبطه مع بعضها بحيث لاتستطيع التحرك لتوصيل الكهرباء ولكن عند انصهارها او ذوبانها في الماء تتفكك هذه الارتباطات ويتم توصيل الكهرباء
اذن السكر مركب غير ايوني ( مادة عضوية ) وعند اذابته في الماء لايتفكك الى ايونات ولايتأين وهذا هو السبب في ان محلول السكر لايوصل الكهرباء
فكما هو معلوم فإن غاز الكلور CL2 مادة مؤكسده قوية وسامة جدا تستعمل لتعقيم مياه الشرب ولتفاعلات الاكسده المختلفه اما عنصر الصوديوم فهو معدن نشط يتفاعل بشده مع الماء مطلقا غاز الهيدروجين الذي قد يحترق او ينفجر نتيجة لارتفاع درجة حراره التفاعل والصوديوم معدن طري موصل للتيار الكهربائي وقابل للسحب والطرق ويمكن قطعه بسهولة وله درجة انصهار منخفضه 98درجة مئوية وعند تفاعل عنصري الكلور والصوديوم تنتج مادة كلوريد الصوديوم وخصائص هذه المادة تختلف اختلافا كليا عن خصائص عنصري الكلور والصوديوم المكونين لها فهي مادة ذائبة في الماء وتفاعلاتها مع المواد الاخرى محدوده للغاية ولها درجة انصهار عالية 800 درجة مئوية ودرجة غليان عالية ايضا 1400 درجة مئوية وبلوراتها هشة تتحطم الى مسحوق ناعم عند الضغط عليها او محاولة سحقها وهناك خاصية اخرى لهذه الماده وهي ان مصهورها ومحلولها في الماء يوصلان التيار الكهربائي بشكل جيد في حين ان المادة الصلبة البلورية غير موصلة للتيار الكهربائي ويمكن تفسير جميع هذه الخصائص اذا علمنا ان هذه الماده مكونه من ايونات الصوديوم الموجبة Na+ والكلوريد السالبة CL- مرتبة بطريقه معينه في حالة الصلابة حيث يحاط الايون الموجب بعدد من الايونات السالبة وكذالك يحاط الايون السالب بعدد من الايونات الموجبة اما في محلول الماده او مصهورها فإن هذا الترتيب يتلاشى وتتحرك الايونات داخل المصهور او المحلول بشكل حر وهذا الانتقال يفسر التوصيل الكهربائي للمصهور او المحلول وهذه الرابطه بين ذرتي الصوديوم والكلور او بشكل ادق بين ايون الصوديوم الموجب وايون الكلوريد السالب هي ما نشير اليه بالرابطه الايونية Ionic Bonding والمركبات المكونه من الايونات الموجبة والايونات السالبة تسمى المركبات الايونية Ionic Compounds
الرابـــــــــطة الايونيــــــــــــــــــــــــــــــــــــــة : ذكرنا سابقا ان عنصري الكلور والصوديوم يتفاعلان لينتج كلوريد الصوديوم وان الرابطه في كلوريد الصوديوم هي رابطه ايونية
ننظر الى توزيع الالكترونات في ذرتي العنصرين :
Na : 1S2 2S2 2P6 3S1
CL : 1S2 2S2 2P6 3S2 3P5
فعند تفاعل عنصري الكلور والصوديوم تفقد ذرة الصوديوم الكترون التكافؤ (3S1 ) لتعطي ايون الصوديوم Na+ الذي نجد فيه التوزيع الالكتروني لذرة النيون (Ne )
Na+ : 1S2 2S2 2P6
حيث توجد ثمانية الكترونات في مستوى التكافؤ 2S2 2P6
اما في ذرة الكلور فتحتاج الى الكترون واحد لتصل الى حالة الثبات فتكتسب الكترون الصوديوم لتكون ايون الكلوريد السالب CL- الذي يميزه توزيع الكتروني مشابه في ذرة الارغون (Ar)
CL- : 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6
حيث توجد ايضا ثمانية الكترونات في مستوى التكافؤ 3S2 3P6
طبيعة الرابـــــــطة الايونيــــــــــــــــــــــة : عندما تتفاعل العناصر المعدنية مع العناصر اللامعدنية لانتاج المركبات الايونية فان الايونات السالبة والموجبة الناتجه عن التفاعل تترتب بحيث تزيد في قوى التجاذب بين الايونات المختلفه في الشحنه وتقلل من قوى التنافر بين الايونات المتشابهه في الشحنه ففي كلوريد الصوديوم وفي المركبات الشبيهه به ناحية الشكل تحيط ايونات الصوديوم الموجبة بأيونات الكلوريد السالبة كما ان ايونات الكلوريد السالبة تحيط بأيونات الصوديوم الموجبه على نحو يضمن ان يحاط كل ايون بستة ايونات مخالفه له في الشحنه
وينتج عن هذا مايسمى الشبكة البلورية (Crystal Lattice ) وفي مركبات ايونية اخرى يمكن ان يحاط الايون بأربعة او سته او ثمانية من الايونات المخالفه له في الشحنه وذالك تبعا لحجم هذه الايونات او صيغة المركب الايوني
والرابطة الاية هي محصلة مجموع قوى التجاذب بين الايونات المختلفه في الشحنه ومجموع قوى التنافر بين الايونات المتشابهه في الشحنه وتزداد قوة هذه الرابطه كلما زادت شحنه الايونات او قل حجمها
الرابـــــــــــــــــطة التساهميــــــــــــــــــة Covalent Bonding :
كما نعلم مسبقا ان طاقة التأين تزداد للعناصر كلما اتجهنا من يسار الجدول الدوري الى يمينه وهذه الطاقه هي اقل من مايمكن للعناصر القلوية واكبر مايمكن للغازات النبيلة وتلي الغازات النبيلة في ذالك مجموعة الهالوجينات وفي المقابل فإن الالفة الالكترونية للعناصر تزداد بشكل عام كلما اتجهنا من يسار الجدول الدوري الى يمينه لذا فان العناصر المعدنية الواقعه في يسار الجدول الدوري ( بما في ذالك العناصر القلويه ) تكون الايونات الموجبة بينما نرى ان اللامعادن في اقصى يمين الجدول الدوري تكون الايونات السالبة اثناء تفاعل المعادن مع اللامعادن ونتيجة لخسارة العناصر المعدنية لالكترونات التكافؤ او اكتسابها من قبل العناصر اللامعدنية فان الايونات الناتجه تصل الى حالة الثبات حيث يكون توزيعها الالكتروني مشابها للتوزيع الالكتروني للغازات النبيلة ( تستثني من ذالك العناصر الانتقالية والعناصر بعد الانتقالية ) اما بقية العناصر الواقعه في منتصف الجدول الدوري فانها اثناء تفاعلها مع العناصر اللامعدنية تميل الى انشاء الروابط التساهمية وكذالك اثناء تفاعل ذراتها فيما بينها وذالك بالمشاركة بالاكترونات التكافؤ فلهذه العناصر فهي ليست على استعداد لكسب الكترونات او لفقد الكتروناتها فمقدرة ذرة الكربون مثلا على فقد الكتروناتها الاربعة للوصول الى حالة الثبات ( ايون C4+) او كسب اربعة الكترونات للوصول الى توزيع الكترونات الغازات النبيلة ( ايون C4-) ضعيفة للغاية لذا تصل ذرة الكربون الى حالة الثبات عن طريق الاسهام بالكترونات التكافؤ لتشارك مع الكترونات التكافؤ للذرات الاخرى وبذالك يصل عدد الالكترونات في مستوى التكافؤ الى ثمانية الكترونات عندما تتكون اربع روابط تساهمية
وقبل بحث تكون الروابط التساهمية لذرة الكربون بشكل تفصيلي سنبدأ ببحث الرابطه التساهمية في ابسط الجزيئات على الاطلاق وهو جزيء الهيدروجين H2 ففي جزيء الهيدروجين تشترك ذرتا الهيدروجين ( اذ تسهم كل منهما الكترون 1S) لتكونا الرابطه التساهمية
مع ملاحظة ان تركيز الالكترونات في المنطقة الواقعه بين نواتي ذرتي الهيدروجين قد ازداد مما يعني ان التنافر بين نواتيهما قد قل كذالك فان الالكترونات او السحابة الالكترونية بين نواتي الهيدروجين تنجذب الى نواتي الهيدروجين في الوقت نفسه مما يؤدي الى ربط النواتين
ويمكننا ان نمثل تكون الرابطة التساهمية بطريقة ابسط بافتراض ان الالكترونات تتصرف وكأنها اجسام بدلا من امواج ففي جزيء الهيدروجين H2 ينجذب زوج الالكترونات الى كل من نواتي الهيدروجين مكونا الربطه التساهمية فتتكون الربطه التساهمية اذن من انجذاب زوج الالكترونات المشترك بفعل نواتي الذرتين في الوقت نفسه وتتكون كل رابطه تساهمية من زوج من الالكترونات وتمثل الرابطه عادة بخط يصل الذرتين
H< =======•H + Hx• Hx
وفي هذه الحالة تصل كل ذرة الى حالة الثبات ( كما في ذرة الهيليوم ) اذ يحيط بكل نواة زوج من الالكترونات
ويكون العديد من اللامعادن مثل هذه الروابط بين ذرات العانصر الواحد مثل N2 and O2 CL and
الرابطـــــــــــــة التساهمية التناسقيـــــــة Coordinate Covalent Bonding : عندما تتحد ذرتا هيدروجين مع ذرة الاكسجين ليتكون جزىء الماء وتتصل ذرتا الهيدروجين مع ذرة الاكسجين التي تملك ستة الكترونات في مستوى التكافؤ فاننا نتوقع ان لايزيد عدد روابط ذرة الاكسجين عن رابطتين لان مستوى التكافؤ فيها قد وصل الى ثمانية الكترونات ولكن اذا اذبنا الحوامض القوية مثل HCL and HNO3 في الماء فان هذه الحوامض تتفكك الى الايونات السالبة CL- and NO3- وايون الهيدروجين الموجب H+ ( البروتون ) ونظرا لصغر حجم البروتون وتركيز شحنتة العالي فانه لايوجد في حالة انفراد بل يكون رابطة مع جزىء الماء فيتكون ايون الهيدرونيوم H3O+
مع ملاحظة ان عدد الالكترونات حول ذرة الاكسجين في ايون الهيدرونيوم مازال ثمانية الكترونات وان الرابطة الجديدة بين ذرتي الاكسجين والهيدروجين تكونت لان ايون الهيدروجين فقير بالالكترونات وذرة الاكسجين تمتلكازواجا من الالكترونات غير المشتركه فمصدرالكتروني هذه الرابطه الجديدة هو ذرة الاكسجين وتسمى الرابطه تنتج بين ذرة او ايون فقير بالالكترونات وذرة تمتلك زوج الكترونات غير مشترك بالرابطه التساهمية التناسقية .
طاقة الشبكة البلورية والعوامل المؤثره على تكون الرابــــــــــطة الايونيــــــــــــــة :
من الامور المعتاده ان نقرن بين نقصان طاقة الوضع وزيادة الثبات . فالاجسام تسقط من اعلى الى اسفل باتجاه مركز جذب الارض لان هذا يؤدي الى نقصان طاقة الوضع وبالطبع يؤدي هذا الى زيادة الثبات وكذالك الامر في التغيرات الكيميائية فتفاعل الكلور والصوديوم يعطي كلوريد الصوديوم ويظهر ذالك من انخفاض طاقة الوضع وهذا التغير في طاقة الوضع عند تفاعل عنصري الكلور والصوديوم يظهر على شكل طاقة حرارية ناتجه عن التفاعل وكلما زادت كمية الطاقة الحراريه الناتجه عن التفاعل قلت طاقة الوضع وبالتالي ازداد ثبات نواتج التفاعل وينطبق مثل ذالك على التغيرات الميكانيكية فعندما يتدحرج الحجر من اعل الجبل لايقف عند منتصفه بل يستقر في قعر الوادي لان هذا يقلل طاقة وضعه وبالتالي يزيد مقدار الطاقه الذي ينتجه ويزداد ثباته واستقراره في قعر الوادي عما قد يكون في اي مكان اخر على الجبل
فحتى نقرر طبيعة ناتج تفاعل الصوديوم والكلور هل هو NaCL or NaCL2 or Na2CL يجب ان نحسب التغير في الطاقة ليتكون كل من هذه النواتج من عنصري الصوديوم والكلور وعندما يكون التغير في الطاقه او بشكل ادق مقدار الطاقة الناتجه اكبر مايمكن فان الناتج هذا هو الاكثر ثباتا وهو مانحصل عليه من التفاعل
ولحساب التغير في الطاقة الحرارية اثناء التفاعل الكيميائي نفترض ان التفاعل يتم في عدة خطوات بدلا من خطوه واحده ومجموع التغير في الطاقة لهذه الخطوات يجب ان يساوي التغير في الطاقه للتفاعل الكيميائي لاننا نبدأ يالعناصر المتفاعله نفسها وننتهي بالمركب ذاته في كلتا الحالتين ولان الطاقه لاتفنى ولاتستحدث حسب قانون حفظ الطاقة ومجموع هذه الخطوات هو مايسمى بدورة بورن _ هبر Born -Haber وهي تصور التفاعل بين عنصري الصوديوم والكلور لانتاج كلوريد الصوديوم كما يلي :
Na(s) + .5 CL2(s) === NaCL(s)
الخطوة الاولـــــــــــــــــى : تحويل عنصر الصوديوم من حالة الصلابة الى الحالة الغازية عن طريق صهر العنصر وتبخيره اي ان الطاقه اللازمه لهذه الخطوه هي طاقه التسامي :
Na ==== Na+ + e-
الطاقة اللازمه لهذه الخطوة تساوي طاقة التأين الالى لذرة الصوديوم وهي 496+ كيلو جول / مول
الخطوة الثانيـــــــــــة : تكسر الرابطه بين ذرتي الكلور في جزيء الكلور ويحسب نصف هذه الطاقة اي الطاقه اللازمة للحصول على مول واحد من ذرات الكلور في الحالة الغازية :
.5 CL2 === CL
وطاقة الرابطة بين ذرتي الكلور تساوي 238 كيلو جول / مول اي ان الطاقة التي نحتاجها لانتاج مول واحد من ذرات الكور هي نصف طاقة الرابطه اي 119+ كيلو جول / مول CL
الخطوة الرابعـــــــــــــــــــــة : تكون ايون الكلوريد في الحالة الغازية CL- من ذرة الكلور في الحالة الغازية
CL + e- ==== CL-
وفي هذه الحالة ينطلق 348 كيلو جول / مول CL- اي ان التغير في الطاقة هو -348 كيلو جول / مول والاشارة السالبة تعني ان التغير طارد للحرارة
الخطوة الخامســـــــــــــــة : اتحاد ايوني الصوديوم والكلوريد في الحالة الغازيه لانتاج كلوريد الصوديوم في حالة الصلابة :
Na+ + CL- ==== Na+CL-
وهذه الخطوة طاردة للحرارة بكمية كبيرة نتيجة للتجاذب القوي بين الايونات الموجبة والايونات السالبة وهذه الطاقة الناتجه هي مايعرف بطاقة الشبكة للبلوره وهي في هذه الحالة 789- كيلو جول / مول NaCL وتزداد هذه الطاقة بزيادة شحنة الايون
والتغير في الطاقة للتفاعل او طاقة التفاعل ∆H تساوي مجموع قيم الطاقة في هذه الخطوات
وهذه القيمة (413- كيلو جول ) تعني ان الطاقة المنطلقة من التفاعل تساوي 431 كيلو جول / مول NaCL فناتج التفاعل اكثر استقرارا وثباتا من العناصر المتفاعلة المنفصلة
فاذا تسائلنا لماذا ينتج NaCL وليس NaCL2 وماهو التغير في الطاقة اذا افترضنا ان NaCL2 سوف ينتج من التفاعل ؟ وتبدأ الاجابة على هذا السؤال باجراء الحسابات السابقه مرة اخرىلكن بالامكان الحصول على اجابة كافية سريعه اذا علمنا ان طاقة التأين الثانية للصوديوم اعلى كثيرا من طاقة التأين الاولى فهي 4565+ كيلو جول / مول وسبب ذالك ان لايون الصوديوم Na+ وزيع الكترونات الغازات النبيلة المتميزبالثبات ممايجعل نزع الكترون منه اكثر صعوبة وحيث ان طاقة الشبكة البلورية تزداد بمقدار 800 كيلو جول / مول تقريبا فان التغير في الطاقة للتفاعل التالي :
Na + CL === NaCL2
سيصبح موجبا لان الفرق بين طاقة التأين الثانية والزيادة في طاقة الشبكة البلورية يزيد على 3000 كيلو جول / مول مما يجعل التفاعل ماصا للحرارة اي يزداد طاقة نواتج التفاعل وبذالك يقل ثباتها
ويمكن ان يقال الشيء نفسه اذا افترضنا انتاج Na2CL كما يلي :
2Na + .5 CL2 ===== Na2CL (2Na+ + CL--)
وفي هذه الحالة سنحتاج لامداد النظام بطاقة عالية لاظافة الاكترون لايون الكلور CL- الذي له توزيع الكترونات الغازات النبيلة وهذه الطاقة التي نحتاجها اكبر كثيرا من الطاقة التي نستردها نتيجه لزيادة طاقة الشبكة البلورية ونتيجه لذالك يصبح التفاعل السابق ماصا للحراره اي ان ناتج التفاعل Na2CL اقل ثباتا من العناصر المتفاعلة
ونرى مماسبق انا نصل الى الحد الادنى للطاقة نتيجة لزيادة شحنات العناصر المتفاعلة المنتجة للمركب الايوني شريطة ان نصل الى توزيع الكترونات الغازات النبيلة لكل ايون فإظافة الكترون لايون سالب وصل الى توزيع الكترونات الغازات النبيلة او نزع الكترون من ايون موجب وصل الى توزيع الكترونات الغازات النبيلة عمليتان مصحوبتان بزيادة كبيرة جدا في الطاقة مما يؤدي الى حالة من عدم الثبات او عدم الاستقرار وفي كل حالة نصل الى حالة الاستقرار اي الحد الادنى من الطاقة نتيجه لتكون ايونات سالبة واخرى موجبة توزيعها الالكتروني يشابه التوزيع الالكتروني للغازات النبيلة
*******************************************
المراجـــــــــــــــــــــع :
(1) GENERAL CHEMISTRY
PRINCIPLES AND STRUCTURE
Fifth editin
JAMES E. BRADY
ترجمة : 212فيز
(2) مقرر الكيمياء الصف الثالث الثانوي ( المملكة العربية السعودية )
بحفظ الله
'>
اخيتك212فيز
