الباب الثالث : الاتحاد الكيميائي *

الباب الثالث : الاتحـــاد الكيمــيــــائى
1 - العناصر النبيلة تكون خاملة كيميائيا ولاتدخل فى تفاعلات كيميائية فى الظروف العادية .
- لأن مستوى الطاقة الأخير لها مكتمل بالإلكترونات .
2 - جميع العناصر ما عدا الغازات النبيلة نشطة كيميائياً فى الظروف العادية وتدخل فى تفاعلات كيميائية - لتكملة مستوى الطاقة الأخير من خلال الفقد أو الاكتساب أو المشاركة بالإلكترونات للوصول إلى أقرب غاز خامل .
التفاعل الكيميائى : كسر لروابط الكيميائية فى جزيئات المتفاعلات وتكوين روابط جديدة فى جزيئات النواتج .
العلاقة بين الرابطة وفرق السالبية الكهربية بين العنصرين : -
1 - إذا كان فرق السالبية الكهربية بين العنصرين أكبر من 1.7 تكون الرابطة أيونية .
2- إذا كان فرق السالبية الكهربية بين العنصرين أقل من 1.7 وأكبر من صفر تكون رابطة تساهمية قطبية .
3 - إذا كان فرق السالبية الكهربية بين العنصرين يساوى صفر تكون الرابطة تساهمية نقية .
أنواع الروابــــط
(1) الرابطة الأيونية : هى رابطة تنشأ بين عنصر فلزى وأخرلا فلزى من خلال فقد واكتساب إلكترونات - أو رابطة تنشأ بين العناصر المتباعدة فى الجدول وفرق السالية الكهربية أكبر من 1.7 – أو رابطة تنشأ بين الأيونات السالبة والأيونات الموجبة وتكون الشبكة البلورية .
مثل : الرابطة فى كلوريد الصوديوم NaCL أو كلوريد البوتاسيوم KCL أو كلوريد الماغنسيوم MgCL2 أو فلوريد البوتاسيوم KF أو كلوريد الكالسيوم CaCL2 - جميع هيدريدات عناصر المجموعة الأولى والثانية .
(2) الرابطة التساهمية: هى رابطة تنشأ بين العناصر المتشابهة أو المتقاربة فى السالبية الكهربية وفرق السالبية الكهربية أقل من 1.7 من خلال المشاركة بزوج أو أكثر من الإلكترونات .
أو هى رابطة تنشأ بين العناصر المتقاربة فى الجدول أى بين اللافلزات وبعضها وفرق السالبية الكهربية أقل من 1.7 بالمشاركة بزوج أو أكثر من الإلكترونات .
أ - الرابطة التساهمية النقية : هى رابطة تنشأ بين العنصر اللافلزي ونفسه أو العناصر المتشابهة فى السالبية الكهربية وفرق السالبية يساوي صفر– لأن زوج الإلكترونات يقضى وقتا متساويا فى حيازة كلا من الذرتين .
مثل : الرابطة فى جزئ النيتروجين N2 أو جزئ الكلور CL2 أو جزئ الأكسجين O2 أو جزئ الفلور F2 .
ب - الرابطة التساهمية القطبية : هى رابطة تنشأ بين العناصر المتقاربة فى السالبية الكهربية وفرق السالبية الكهربية أكبر من صفر وأقل من 1.7 بالمشاركة بزوج أو أكثر من الإلكترونات .
مثل : الرابطة فى جزئ الماء H2O - الرابطة فى جزئ النشادر NH3 - الرابطة فى كلوريد الهيدروجينHCLالرابطة فى فلوريد الهيدروجين HF - الرابطة فى جزئ كلوريد الألمونيوم AlCL3 -الرابطة فى جزئ بروميد الهيدروجين HBrحيث تحمل أحد الذرتين شحنة جزيئية سالبة والذرة الثانية شحنة جزيئية موجبة .
س : كلوريد الألمونيوم مركب تساهمى قطبى ؟
لأن فرق السالبية بين الكلور والألمونيوم أقل من 1.7 وتحمل ذرة الكلور شحنة جزيئية سالبة وذرة الألمونيوم شحنة جزيئية موجبة .
النظريات التى وضعت لتفسير الرابطة التساهمية
1- نظرية الثمانيات ( نظرية إلكترونات التكافؤ ) نظرية لويس وكوسيل:
بخلاف الهيدروجين واللثيوم والبريليوم تميل جميع ذرات العناصر للوصول لتركيب الثماني لأقرب غاز نبيل .
عيوب نظرية الثمانيات :
1 - لم تعطى تفسير لقيمة الزوايا بين الروابط والشكل الفراغى للجزيئات .
2- لم تعطى تفسير لثالث فلوريد البورون BF3 لأن البورون يحاط بست إلكترونات وليس ثمانى إلكتروناتوخامس كلوريد الفوسفور PCL5 لأن الفوسفور يحاط بعشرة إلكترونات وليس ثمانى إلكترونات .
2 - نظرية رابطة التكافؤ : بنيت على نتائج ميكانيكا الكم :
عند اقتراب ذرتين من بعضهما يحدث تداخل بين أوربيتال ذرى من الذرة الأولى يحتوى على إلكترون مفرد مع أوربيتال ذرى من الذرة الثانية يحتوى على إلكترون مفرد وتتكون الرابطة التساهمية .
مثال1 : تداخل أوربيتال 1S1 من ذرة الهيدروجين مع أوربيتال 1S1 من ذرة الهيدروجين ويتكون جزئ هيدروجين .
مثال 2 : يتداخل أوربيتال 1S1 من ذرة الهيدروجين مع أوربيتال 2P من ذرة الفلور لتكوين الرابطة التساهمية فى جزئ فلوريد الهيدروجين .
جزئ الميثانCH4 : يحتوي على أربع روابط متساوية فى الطول وفى القوة - وذرة الكربون فى الحالة المستقرة تحتوي على 2 أوربيتال بهما إلكترونين مفردين .

6C : 1S2 , 2S2 , 2P1x , 2P1y , 2PZ
لذلك تحدث لذرة الكربون عملية إثارة بالتسخين ويتم انتقال إلكترون من أوربيتال 2S إلى أوربيتال 2PZ لينتج أربع أوربيتالات بكل منهم إلكترون مفرد منهم ثلاث أوربيتالات متساوية فى الطاقة للمستوى الفرعى 2P وأوربيتال مختلف عنهم فى الطاقة هو أوربيتال 2S .
1S2 , 2S1 , 2P1x , 2P1y , 2P1Z
- لذلك تحدث عملية التهجين لتساوى الأوربيتالات الذرية فى الطاقة للحصول على أربع أوربيتالات تحتوى على أربع إلكترونات مفردة ومتساوية فى الطاقة .
* التهجــين hybridization:
هو اتحاد أو تداخل بين أوربيتالين مختلفين أو أكثر فى نفس الذرة وينتج عنه أوربيتالات ذرية جديدة .
- الهدف من التهجين مساواة الأوربيتالات الذرية فى الطاقة والشكل .
* شـــروط التهجين :
1 - يحدث فى داخل الذرة الواحدة مثل ذرة الكربون .
2 - يحدث بين أوربيتالات المستويات الفرعية المتقاربة فى الطاقة مثل ( 3P , 3S ) أو ( 2P , 2S) - ولا يحدث بين ( 4d , 3S ) أو ( 3P , 2S ) .
3 - عدد الأوربيتالات الذرية الداخلة فى التهجين تساوى عدد الاوربيتالات الذرية الخارجة من التهجين .
4 - الأوربيتالات الذرية الداخلة فى التهجين تكون نقية والاوربيتالات الخارجة من التهجين تكون أكثر بروزاً إلى الخارج حتى تكون قدرتها على التداخل أقوى ولتقليل قوى التنافر فى الفراغ .
التهجين فى جزئ الميثان
- يتكون جزئ الميثان نتيجة أرتباط أربع إلكترونات متكافئة فى الأوربيتالات الأربعة المهجنة ( SP3 ) لذرة الكربون مع أربعة إلكترونات لأربع ذرات هيدروجين كل إلكترون فى أوربيتال 1S من ذرة هيدروجين وتتكون أربع روابط من النوع سيجما حسب نظرية رابطة التكافؤ لتفسير الرابطة التساهمية .
وقد فسرت قيم الزوايا بين الروابط فى الميثان ( 28/ 109 ْ ) بأن الأوربيتالات المهجنة كل منها عبارة عن إلكترون سالب فيتباعد كل منها عن الأخر فى الفراغ بأقصى درجة ممكنة لتقليل قوى التنافر بينها فى الفراغ .
تفسير التهجين الحادث فى جزئ الاثيلين :
يحدث عملية الإثارة فى كل ذرة كربون ويحدث التهجين من النوع SP2لكل ذرة الكربون ويتم التداخل بين ذرتين الكربون وذرات الهيدروجين من خلال نظرية الاوربيتالات الجزيئية وكذلك بين ذرتى الكربون .
3- نظرية الاوربيتالات الجزيئية : " تعتبر الجزئ كوحدة واحدة أو ذرة كبيرة متعددة الأنوية يحدث فيها تداخل بين جميع الأوربيتالات الذرية لتكوين أوربيتالات جزيئية من من النوع سيجما والنوع باى " .
أ- الرابطة سيجما: هى رابطة تنشأ من تداخل الأوربيتالات الذرية بالرأس وخط عمل الاوربيتالين على استقامة واحدة وهى رابطة قوية صعبة الكسر ( تنتج عن الأوربيتالات التى دخلت التهجين مثل1S مع SP3 ) .
ب - الرابطة باى : هى رابطة تنشأ من تداخل الأوربيتالات الذرية بالجنب وخط عمل الاوربيتالين متوازيين وهى رابطة ضعيفة سهلة الكسر (تنتج عن الأوربيتالات التى لم تدخل التهجين مثل Pz مع Pz ).
س : علل الرابطة سيجما أقوى من الرابطة باى ؟
جـ : لأن الرابطة سيجما تنشأ من تداخل الأوربيتالات الذرية بالرأس أما باى تنشأ من تداخل الأوربيتالات الذرية بالجنب - أو لأن السحابة الإلكترونية للرابطة سيجما أقوى من السحابة الإلكترونية للرابطة باى .
* تفسير التهجين فى جزئ الإثيلينC2H4 :
1 - يتداخل أوربيتال SP2مع أوربيتال SP2 من ذرتين الكربون برابطة سيجما .
2 - ويتداخل أوربيتال 1S من ذرة الهيدروجين مع أوربيتال SP2 من الكربون برابطة من النوع سيجما .
3 - ويتداخل أوربيتال Pz مع أوربيتال Pz برابطة من النوع باى - لان أوربيتال Pz نقي لم يدخل فى التهجين
4 – التهجين SP2 قيمة الزاوية 120 ْ لتقليل قوى التنافر بين الأوربيتالات المهجنة فى الفراغ حيث أن كل أوربيتال يحتوى على إلكترون سالب الشحنة .
س : الزواية بين الأوربيتالين المهجنين SP2 , SP2 فى جزئ C2H4 تساوى 120 ْ ؟
س : قارن بين الرابطة سيجما والرابطة باى ؟
س : ما المقصود بكل من نظرية الأوربيتالات الجزيئية – نظرية رابطة التكافؤ – التهجين ؟
التهجين فى جزئ الأستيلينC2H2 :
1 - يتداخل اوربيتال SP من ذرة الكربون مع أوربيتال SP من ذرة الكربون برابطة سيجما .
2 - يتداخل أوربيتال Py من ذرة الكربون مع أوربيتال Py برابطة من النوع باى .
3 - يتداخل أوربيتال Pz من ذرة الكربون مع أوربيتال Pz برابطة من النوع باى.
4 - يتداخل أوربيتال SP من ذرة الكربون مع أوربيتال 1S من ذرة الهيدروجين برابطة سيجما .
5 – التهجين SP قيمة الزاوية 180 ْ لتقليل قوى التنافر بين الأوربيتالات المهجنة فى الفراغ .
س1 : علل غاز الميثان خامل كيميائياً ؟
جـ : لأن الميثان هيدروكربون مشبع يحتوى على روابط أحادية من النوع سيجما صعبة الكسر .
س2 : علل الايثيلين أكثر نشاطا من الميثان ؟
جـ :لأن غاز الايثيلين هيدروكربون إليفاتى غير مشبع يحتوى على رابطة من النوع باى سهلة الكسر بينما غاز الميثان هيدروكربون إليفاتى مشبع يحتوى على روابط أحادية من النوع سيجما صعبة الكسر .
س3 : علل الأسيتلين أنشط من الأيثيلين ؟
جـ : لأن الأسيتلين يحتوى على رابطتين من النوع باى سهلة الكسر بينما الأيثيلين يحتوى على رابطة واحدة باى
خواص المركبات الأيونية :
1 - توجد على شكل الشبكة البللورية وهى ترتيب هندسى منتظم للأيونات السالبة والأيونات الموجبة.
2 - درجة الانصهار والغليان مرتفعة جداً - لأنها تحتاج إلى طاقة حرارية عالية لتغلب على قوى التجاذب بين الأيونات السالبة والأيونات الموجبة وكسر الشبكة البللورية .
3 - توصل التيار الكهربى سواء كانت على شكل مصهور أو محلول - لأنها تتأين وتكون الأيونات الحرة فى حالة المصهور أو الأيونات المماهة فى حالة المحلول وتتجه الأيونات إلى الأقطاب المخالفة .
4 - تذوب فى المذيبات القطبية كالماء ولا تذوب فى المذيبات العضوية كالبنزين أو الأثير - لأنها تتأين فى المذيبات القطبية وتتغلب على الرابطة الهيدروجينية بين جزيئات الماء وتنتشر خلالها .
خواص المركبات التساهمية :
1 - درجة الانصهار والغليان منخفضة فلا تحتاج إلى طاقة حرارية عالية - لأن قوى التجاذب بين جزيئاتها ضعيفة .
2 - لا توصل التيار الكهربى - لأنها لا تتأين ولا تكون أيونات سالبه أو موجبة تتجه إلى الأقطاب المخالفة .
3 - لا تذوب فى المذيبات القطبية كالماء - لأنها لا تستطيع التغلب على الروابط الهيدروجينية بين جزيئات المذيبات القطبية كالماء فمثلاً البنزين لا يذوب فى الماء .
4 - تذوب فى المذيبات العضوية كالأثير والبنزين - لأن قوى التجاذب بين جزيئات البنزين أو الأثير ضعيفة أو منعدمة مما يمكن المركبات التساهمية من الانتشار خلالها .
س1 : قارن بين المركبات الأيونية والمركبات التساهمية ؟
س2 : أشرح تجربة للتميز بين مركب أيونى وأخر تساهمى ؟
س3 : أرسم شكل يوضح الأتى : ذرة كربون مثارة – ذرة كربون مهجنة SP3 ؟
* الرابطة التنـاســقية :
هى رابطة تنشأ بالمشاركة بين ذرتين أحدهما مانحة لزوج الإلكترونات والأخرى مستقبلة لزوج الإلكترونات.
ملاحظة : الذرة المانحة تحتوى على زوج حر من الإلكترونات مثل ذرة الأكسجين فى جزئ الماء أو ذرة النيتروجين فى جزئ النشادر والذرة المستقبلة تحتوى على أوربيتال فارغ مثل بروتون الحمض أو الماء ( أيون ذرة الهيدروجين ) .
ملاحظة:
( أ ) الرابطة التناسقية نوع خاص من الروابط التساهمية وكل منهما تتم بالمشاركة بالإلكترونات إلا أنه فى حالة الرابطة التناسقية يكون مصدر زوج الإلكترونات ذرة واحدة - أما فى الرابطة التساهمية يكون مصدر زوج الإلكترونات الذرتين - الرابطة التناسقية أطول وأضعف من الرابطة التساهمية .
س : قارن بين الرابطة التساهمية والرابطة التناسقية ؟
( ب) 1 - الروابط فى هيدروكسيد الأمونيوم NH4OH
أ – فى جزئ النشادر بين N , H رابطه تساهمية قطبية .
ب – فى أيون الأمونيوم بين النشادر وبروتون الحمض أو الماء رابطة تناسقية .
جـ – فى هيدروكسيد الأمونيوم بين الأمونيوم والهيدروكسيد رابطة أيونية .
2 - جزئ كلوريد الأمونيوم NH4Cl يحتوى على ثلاث روابط تساهمية قطبية وتناسقية وأيونية .
( جـ ) الرابطة فى جزئ النشادر تساهمية قطبية أما فى أيون الأمونيوم تناسقية .
س : علل لا يوجد بروتون الحمض ( أيون ذرة الهيدروجين ) منفرداً فى الماء ؟
جـ : لأنه يرتبط مع جزئ ماء من خلال الرابطة التناسقية ويتكون أيون الهيدرونيوم الموجب H3O+.
الرابطة الهيدروجينية : هى رابطة تنشأ عن وقوع ذرة الهيدروجين جسر أو قنطرة بين ذرتين أعلى فى السالبية الكهربية ومرتبطة مع أحدهما برابطة تساهمية قطبية والأخرى برابطه هيدروجينية .
الرابطة الهيدروجينية توجد بين جزيئات الماء - H2O أو بين جزيئات فلوريد الهيدروجين – HF أو بين جزيئات الكحولات ROH
س : علل الماء مركب قطبى ؟
جـ : لأن السالبية الكهربية للأكسجين ( 3.5 ) والسالبية الكهربية للهيدروجين (2.1 ) يكون فرق السالبية الكهربية 1.4 أى أقل من 1.7 وتحمل ذرة الأكسجين شحنة جزيئية سالبة وذرة الهيدروجين شحنة جزيئية موجبة .
س : علل درجة غليان الماء ( 100 ْ ) أعلى من درجة غليان غاز كبريتيد الهيدروجين ( - 61 ْ ) ؟
جـ : بسبب وجود الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء وعدم وجودها بين جزيئات غاز كبريتيد الهيدروجين فتحتاج إلى طاقة حرارية عالية للكسـر .
ملاحظة :
1 - الرابطة بين جزيئات الماء هيدروجينية أما فى جزئ الماء تساهمية قطبية .
2 - الرابطة الهيدروجينية أضعف وأكثر طولا من الرابطة الرابطة التساهمية .
3 - تعتمد قوة الرابطة الهيدروجينية على فرق السالبية الكهربية بين الذرتين .
فمثلا الرابطة الهيدروجينية بين جزيئات الماء أقوى من الرابطة الهيدروجينية بين جزيئات النشادر .
لأن السالبية الكهربية للأكسجين أكبر من السالبية الكهربية لنيتروجين .
4 – المركبات ذات الروابط الهيدروجينية تأخذ أشكال متعددة فقد تكون الجزيئات على شكل خط مستقيم أو حلقة مغلقة أو شبكة مفتوحة .
5 - الرابطة الهيدروجينية رغم ضعف قوتها إلا أنها فيها سر من أسرار الحياة .
وهو وجود الماء فى الحالة السائلة لأن المفروض أن يكون الماء غازى نظرا لصغر كتلته الجزيئية - كما أن الماء تطفئ النار رغم أنها تتكون من عنصرى الهيدروجين والأكسجين - والهيدروجين غاز يشتعل بفرقعة - والأكسجين غاز يساعد على الاشتعال - كما أن معظم السوائل تنكمش بالبرودة إلا الماء يزداد حجمها بالبرودة نتيجة تكون فقاعات هوائية تعمل على قلة كثافة الماء الثلج بسبب الرابطة الهيدروجينية .
س : الرابطة الهيدروجينية رغم ضعف قوتها إلا أنها فيها سر من أسرار الحياة ؟
الرابطة الفلزية:
هى رابطة تنشأ عن السحابة الإلكترونية لإلكترونات غلاف التكافؤ الحرة التى تقلل من قوى التنافر بين أيونات الفلز الموجبة فى الشبكة البلورية .
1 - يرجع التوصيل الحرارى والكهربى فى الفلزات إلى إلكترونات التكافؤ الحرة .
2 - تعتمد قوة الرابطة الفلزية على عدد إلكترونات غلاف التكافؤ فى ذرات الفلز فكلما زادت إلكترونات غلاف التكافؤ زاد تماسك الفلز ويصبح الفلز أكثر صلابة وأعلى فى درجة الغليان .
س : علل درجة غليان وانصهار فلز الألمونيوم أعلى من درجة انصهار وغليان فلز الصوديوم ؟
جـ - لأن فلز الألمونيوم يحتوى فى غلاف التكافؤ على ثلاث إلكترونات بينما فلز الصوديوم يحتوى فى غلاف التكافؤ على إلكترون واحد فتكون الرابطة الفلزية فى الألومنيوم أقوى من الرابطة الفلزية فى الصوديوم .
ملاحظة : يرجع تماسك وصلابة الفلز إلى قوة الرابطة الفلزية الناشـــئة عن إلكترونات غلاف التكافؤ .
س1 : علل أيون الفلوريد السالب وأيون الصوديوم الموجب لهما نفس العدد من الإلكترونات ( التركيب الإلكترونى ) .
جـ : لأن الفلور 9F لافلز أكتسب إلكترون والصوديوم 11Na فلز فقد إلكترون وكل منهما وصل إلى أقرب غاز خامل له وهو النيون .
س 2 : علل أيون الكلوريد السالب وأيون البوتاسيوم الموجب لهما نفس التركيب الإلكترونى ؟
جـ : لأن الكلور 17CL لافلز يكتسب إلكترون ويصل إلى أقرب غاز خامل وهو الأرجون بينما البوتاسيوم 19K فلز يفقد إلكترون ويصل لأقرب غاز خامل وهو الأرجون .