مبنى وروابط في عالم المادة

الاربطة الكيميائية

لماذا تتراكم جسيمات المادة

قانون كولون

* كلما كبرت شحنة الجسمين زاد مقدار القوة العاملة بين الجسمين

* كلما كبرت البعد بين الجسمين قل مقدار القوة العاملة بين الجسمين

القوة الكهربائية

ذرة تقابل ذرة

قوى تجاذب بين

e^- ₁ و p⁺ ₁

e^- ₁ و p⁺ ₂

e^- ₂ و p⁺ ₂

e^- ₂ و p⁺ ₁

قوى تنافر بين

e^- ₁ و p⁺ ₁

e^- ₂ و p⁺ ₂

​

ماذا يحدث للذرتين عندما تقترب من بعضها البعض

في نقطة الاتزان min يتكون الرابط الكيميائي

المنظومة موجودة في الحد الادنى من الطاقة ولذلك هي اكثر ثبوتا

في نقطة الاتزان محصلة القوى تساوي صفر

البعد بين نواتي الذرتي في نقطة الاتزان ( الـ min) يعبر عن طول الرباط

الطاقة في نقطة الاتزان ( الـ min) تعبر عن طاقة الرباط

طاقة الرباط

الطاقة اللازمة لكسر رباط بين ذرتين في الحالة الغازية .

​

​

​

او

​

الطاقة المنطلقة عند تكون رباط بين ذرتين منفصلتين .

H-H + E → H· + ·H

H· + ·H → H-H + E

طول الرباط

البعد بين نواتي ذرتين تكون بها طاقة المنظومة في ادنى قيمها

العوامل التي تؤثر على متانة الرباط

حسب قانون كولون هنالك عاملان يؤثران على متانة الرابط الكيميائي هما :-

• شحنة الذرات المرتبطة ( التقطب)

كلما كبرت الشحنة زادت متانة الرباط

• البعد بين الذريتين ( نصف القطر الذري)

كلما صغر البعد زادت متانة الرباط

الرابط التشاطري - الكوفلنتي

عباره عن تجاذب كهربائي بين زوج الالكترونات المكونه للرابط وبين نواه الذرات المشتركه في الرابط.

هناك رابط فردي وزوجي وثلاثي.

الرابط الكوفلنتي - التشاطري

الرابط – كهربائي . الالكترونات السالبة المشتركة تنجذب للنواتين الموجبتين للذرتين المرتبطين .

ينتج بين ذرات عناصر لا فلزية

H-H → H₂

اسئلة

• لماذا حسب رأيك اختير الهيدروجين كمثال للتعلم عن الرابط الكوفلنتي ?
• كيف يمكن ان نعرف متى قوى التجاذب تغلبت على قوى التنافر وبأن الرابط قد نتج ?
• اشرح لماذا اللافلزات تكون اربطة كوفلنتية بينها ?

​

اربطة كوفلنتية زوجية وثلاثية

O₂

N₂

اوكسجين

نيتروجين

H₂

هيدروجين

حجم الجزيء..

• أحجام نسبيّة لبعض الجزيئات..

نقي

• ينتج بين ذرتين متشابهتين
• ينتج بين ذرتين فرق السالبية

الكهربائية بينهم يساوي صفر

• احتمال وجود زوج الكترونات الرباط حول نواة احدى الذرتين مساوي لاحتمال وجوده بجتنب نواة الذرة الثانية

قطبي

• ينتج بين ذرتين مختلفتين
• ينتج بين ذرتين فرق السالبية

الكهربائية بينهم لا يساوي صفر

• احتمال وجود زوج الكترونات الرباط حول نواة الذرة ذات السالبية المرتفعة اكبرمن احتمال وجوده بجانب نواة الذرة ذات السالبية منخفضة

انواع الاربطة الكوفلنتية

تركيز مرتفع للإلكترونات

تركيز منخفض للإلكترونات

H - H

رابط كوفالنتي نقي، ورابط كوفالنتي قطبيّ

• عندما تكون السالبيّة الكهربائيّة لذرّتين مترابطتين برابط كوفالنتي متساوية.. ينتج رابط يسمّى «كوفالنتي نقي»..

في لحظة معيّنة، ممكن أن تكون الإلكترونات بجانب واحد من الجزيء، عندها ينتج في الجزيء تقطّب كهربائيّ لحظيّ، نسمّيه «ثنائيّ القطب اللحظيّ»..

​

​

• عندما تكون السالبيّة الكهربائيّة لذرّتين مترابطتين برابط كوفالنتي غير متساوية.. ينتج رابط يسمّى «كوفالنتي قُطبيّ»..

​

ينتج شحنات كهربائيّة جزئيّة على الذرّات المشتركة بالرابط، ونحصل على «ثنائي القطب الثابت»..

الاربطة الكوفلنتية القطبية

• القطبية – توزيع غير متساوي للشحنة الكهربائية .
• الرابط القطبي ينتج عندما تختلف الذرات بقدرتها على جذب الكترونات الرباط ( لذرات مختلفة يوجد طاقة تأين والفة الكترونية مختلفة )
• السالبة الكهربائية – مقياس لمدى قدرة الذرة لجذب الكترونات الرباط ( وفقا لبولينغ)
• لكل عنصر يوجد قيمة سالبية كهربائية خاصة به ( 0 – 4 ) الفرق في السالبية الكهربائية يعبر عن مدى تقطب الرباط . فكلما كان الفرق اكبر كان الرباط اكثر تقطبا .

مثال لرباط قطبي

• في الرباط H-F الكتروني الرباط اقرب الى ذرة الفلورF لان سالبيته الكهربائية اكبر من تلك للهيدروجين H
• لـِ – F سالبية كهربائية = 4
• لـِ - H سالبية كهربائية = 2.1 ,
• الفرق = 1.9 = 2.1 - 4
• ينتج قطب سالب على ذرة الفلور F وقطب موجب على ذرة الهيدروجين H

السالبيّة الكهربائيّة تكبر

السالبيّة الكهربائيّة..

• السالبيّة الكهربائيّة للذرّة، هي مقياس كمّيّ لميْل الذرّة إلى جذب الإلكترونات إليها..

​

• تتراوح قيم السالبيّة الكهربائيّة بين 0 إلى 4 ..

​

• إذا كانت السالبيّة الكهربائيّة كبيرة، هذا يعني ميل كبير لجذب الإلكترونات..

السالبيّة الكهربائيّة تكبر

السالبيّة الكهربائيّة تكبر

على طول السطر (من اليسار إلى اليمين)

وعلى طول العمود (من تحت إلى فوق)

السالبيّة الكهربائيّة..

• قيم السالبيّة الكهربائيّة في الجدول الدوريّ:

تمرين :

رتب الاربطة التالية وفقا لقطبية الرباط بشكل تصاعدي�

H-H , F-I , Cl-Br , C-H , C-O

قوّة الرابط الثنائيّ والثلاثيّ..

• ماذا نستنتج؟

• قوّة الجذب بين النواتين والإلكترونات الرابطة تكون أكبر كلّما كان عدد الإلكترونات الرابطة أكبر..

​

• في الرابط الثلاثيّ يوجد إلكترونات رابطة أكثر من الرابط الثنائيّ..

​

• وفي الرابط الثنائيّ يوجد إلكترونات رابطة أكثر من الرابط الأحادي..

​

• نتيجة لذلك.. تكون طاقة الرابط أكبر..

​

• إضافة إلى ذلك.. كلّما كان أكثر شحنات، التجاذب يكون أكبر بين النواتين والإلكترنات الرابطة، المسافة بين النواتين تكون أصغر.. وطول الرابط يكون أصغر..

كيف تؤثّر قطبيّة الرابط على قوّته؟

• كلّما كان الفرق في السالبيّة الكهربائيّة بين الذرّات المشتركة في الرابط أكبر، يتكوّن فرق أكبر بالشحنات الجزئيّة على الذرّات..

​

• الذرّة الأكثر سالبيّة كهربائيّة تُشحن بشحنة جزئيّة أكثر سالبة، والذرّة الأقل سالبيّة كهربائيّة تُشحن بشحنة جزئيّة أكثر موجبة..

​

• كلّما كان الفرق بالشحنات الجزئيّة على طرفي الرابط أكبر يكون تجاذب كهربائيّ أكبر بين الشحنات الجزئيّة (بين الأقطاب المتعاكسة الزائد والناقص)..

​

• هذا التجاذب يُضاف للتجاذب بين النواتين والإلكترونات الرابطة.. نتيجة لذلك، تكون طاقة الرابط أكبر..

​

• طول الرابط يكون أصغر كلّما كان الرابط قطبيّ أكثر..

تمرين..

• أمامكم قيم طاقات الروابط التالية:

أ. أمامكم ثلاث قيم لطول الرابط:

1.01 A 0.96 A 0.92 A

لائموا لكلّ واحد القيمة الملائمة، وفسّروا حسب قانون كولون..

​

​

ب. معطى قيم السالبيّة الكهربائيّة:

هيدروجين(2.1) فلور(4) أكسجين(3.5) نيتروجين(3)

رتّبوا قطبية الروابط حسب الفرق بالسالبيّة الكهربائيّة..

​

​

ج. هل توجّه قطبيّة الروابط يمكنه تفسير قيم طاقات الروابط المعطيّة بالسؤال؟

بجروت 2011

رتَّبوا ثلاثة أربطة تساهميّة (كوﭬـالنتيّة) حسب طول الرابط. ما هو الترتيب الصحيح؟

​

أ. C=O > C=C > C-C

ب. C=C > C=O > C-C

ج. C=C > C-C > C=O

د. C-C > C=C > C=O

القدرة على تكوين اربطة ( الارتباط) �الكترونات التكافؤ

عدد الالكترونات الي يستغلها العنصر لتكوين رباط

( بواسطة منح – خسارة , اخذ – ربح او مشاركة – مساهمة )

وفقا لفرضية لويس – الذرات تكون اربطة بحيث يصبح لها توزيع الكتروني شبيه بالتوزيع الالكتروني لذرة العنصر الخامل القريب لها . ببناء الاربطة تشترك الكترونات التكافؤ ( الكترونات المستوى الاخير )

اجب على التالي :

1. سجل التوزيع الالكتروني لكل عنصر من عناصر الدور الثاني بالقائمة الدورية .
2. هل التوزيع الالكتروني ( عدد الكترونات التكافؤ ) هي صفة دورية ؟ علل .

الكترونات التكافؤ وعدد الاربطة

وفقا لعدد الكترونات التكافؤ ولعدد الالكترونات الغير متزاوجة يمكن تحديد عدد الاربطة التي تستطيع تكوينها ذرة ما

​

عندما تتحقق فرضية لويس

صيغة التمثيل الالكتروني

لجزيئات

صيغة بنائية جزيئية

صيغة تمثيل الكتروني

هي صيغة تمثل الذرات والجزيئات مع الكترونات التكافؤ الخاصة بها . ( الالكترونات الرابطة والغير رابطة ) نكتب الصيغة بالاعتماد على فرضية لويس .

لذرات

مركبات جزيئية

سجل صيغ التمثيل الالكترونية والصيغ الجزيئية للمركبات التالية

• كلوريد الهيدروجين ( حامض الملح )
• هيدريد البورون
• هيدريد الفوسفور
• كلوريد الكربون
• كلوريد النيتروجين

هل فرضية لويس تتحقق في جميع الامثلة اعلاه ؟

تمارين:

• معطى قائمة مواد :
• يود , كبريتيد الهيدروجين , بروميد الكربون , بروميد البورون , اوكسيد الكلور
• سجل الصيغة الجزيئية لكل مادة من المواد اعلاه ( معتمدا على قدرة الارتباط لكل عنصر ).
• سجل لكل مادة صيغة تمثيل الكتروني وصيغة بنائية جزيئية .

سجل صيغة التمثيل الالكتروني والصيغة البنائية الجزيئية لكل مادة من المواد التالية : CH₂O , C₂H_{2 ,} C₂H₄ , C₂H₆

صيغ التمثيل الالكتروني للايونات

1- سجل صيغة التمثيل الالكتروني للايونات ( احادية الذرات ) الاكثر انتشارا التالية :

أ- ايون الاكسجين ب- ايون النيتروجين ج- ايون الكالسيوم

مجموعة ايونية عبارة عن جزيء مشحون بشحنة كهربائية ( قسم من الذرات ”ربحوا“ او ”خسروا“ الكترونات )

2- سجل صيغة التمثيل الالكتروني لالمجموعات الايونية التالية :

H₃O⁺ , OH^- , NH₄⁺ , CH₃^- , CH₃⁺

اربطة كوفلنتية في ايون الهيدرينيوم والامنيوم

كذلك الالكترونات الغير رابطة (n.b)في الذرة تستطيع تكوين رباط تساهمي ( كوفلنتي) مع ذرات ذات مواقع فارغة ( سحب فارغة ) من الالكترونات . الرابط الذي ينتج هو رابط كوفلنتي .

ايون الهيدرونيوم

سجل صيغة تمثيل الكتروني لـِ - BCl₄^-

ايون الامونيوم

المبنى الفراغي للجزيء – بالحالة الغازية�”الشكل الهندسي “

موديل تنافر ازواج الالكترونات

مبنى الجزيء ينتج بحيث تعمل اقل قوى تنافر بين الالكترونات المحيطة بالذرة المركزية

الشكل الهندسي للجزيء ” المبنى الفراغي ” يتحدد وفقا لموديل تنافر الالكترونات

المبنى الفراغي للجزيء – بالحالة الغازية�” الشكل الهندسي ”

أ- خطي H-Cl

ب- مثلث مستوي BF₃

ج- تيترائيدر CH₄

د- هرم ثلاثي NH₃

هـ - زاوية H₂O

تمرين

1- سجل مثالين لكل مبنى ”شكل هندسي“ مما ذكر سابقا ؟

2- سجل نوع المبنى الفراغي ” الشكل الهندسي“ للجزيئات التالية ؟ ( اكتب صيغة التمثيل الالكتروني لكل مادة )

C₂H_{2 ‘} C₂H₄ , C₂H_{6 ‘} CH2O , HCN , H₂O₂ , H₂CO₃ , N₂H₂

قطبية الجزيء

• تنبع من العوامل التالية :
• قطبية الاربطة المكونة للجزي .
• المبنى الفراغي للجزيء .

​

• ملاحظة:-
• عندما يكون المبنى الفراغي ”الشكل الهندسي” متماثل (סימטרי ) فان الجزيء يكون غير متقطب حتى لو الاربطة داخل الجزيء كانت متقطبة .

تمرين :

سجل لكل جزيء من الجزيئات التالية صيغة التمثيل الالكتروني , نوع المبنى الفراغي , وتقطب الجزيء .

CS₂ , PH₃ , CI₄ , H₃O⁺ , HCN , CCl₄ , H₂O , NH₄⁺ .

الرابط الايوني

• هو رابط متقطب جدا جدا لدرجة اننا نستطيع القول بأن :

احدى الذرتين ربحت الكترونات وتحولت الى ايون سالب

والذرة الاخرى خسرت الكترونات وتحولت الى ايون موجب

• الفرق بالسالبية الكهربائية بين الذرتين كبير جدا
• زوج الالكترونات الرابط على الاغلب موجود على احدى الذرتين ( لها سالبة كهربائية مرتفعة) ونادرا ما يوجد على الذرة الثانية ( لها سالبية كهربائية منخفضة)
• نموذج فراغي لرابط ايوني

Na⁺

التجاذب الكهربائي بين الايون الموجب والايون السالب هو عبارة عن الرابط الايوني

الرابط الأيونيّ..

• ملاحظة هامّة:

​

• الذرّتين صوديوم وكلور يُنتجان مركّبات ذات مبنى ضخم، ولا توجد جزيئات مبنيّة من «زوج من الأيونات»..

​

• لذلك عندما نكتب NaCl_(s) يجب وضع حرف (s) في نهاية الصيغة حتّى نبيّن أنّ المادّة هي صلبة ذات مبنى ضخم، وليس مجرّد جزيء في الحالة الغازيّة..

كوفالنتيّ أم أيونيّ..؟

• الرابط الكوفالنتيّ والرابط الأيونيّ يقعان على نفس المحور، محور قوّة الرابط، كلّما كان الرابط أقوى (فرق أكبر في السالبيّة الكهربائيّة) كلما إزداد الطابع الأيونيّ للرابط، وكلّما كان الرابط أضعف (فرق صغير في السالبيّة الكهربائيّة) كلما إزداد الطابع الكوفالنتيّ للرابط..

الرابط الهيدروجيني

الرابط الهيدروجيني هو رابط بين جزيئي حيث يؤثر على الحالة التراكمية للمادة وليس على نوع المادة.

خصوصية ذرة الهيدروجين

كل ذرة هيدروجين مبنية من بروتون واحد يدور حوله الكترون واحد .

السالبية الكهربائية للهيدروجين منخفضة مقارنة بالعناصر اللا فلزية .

​

ذرة هيدروجين

ماذا يحدث لذرة الهيدروجين عندما ترتبط بذرة ذات سالبية مرتفعة مثل : ( F , O , N , Cl )

عندما ترتبط ذرة الهيدروجين بذرة ذات سالبية كهربائية مرتفعة فأن الفرق بالسالبية الكهربائية يكون كبير ولذلك الرابط يكون متقطب جدا وهذا معناه ان زوج الكترونات الرباط يتوجد معظم الوقت حول الذرة ذات الساليبة المرتفعة ونادرا ما يتواجد بجانب ذرة الهيدروجين لذلك معظم الوقت تكون ذرة الهيدروجين بدون الكترون يدور حولها لذلك يمكن القول بان ذرة الهيدروجين عبارة عن :

بروتون مكشوف من الالكترونات

الرابط الهيدروجيني ينتج بين ذرة هيدروجين ( بروتون مكشوف من الالكترونات) وبين زوج الالكترونات الغير متزاوجة لذرة ذات سالبية كهربائية عالية نسبيا ومجاورة لذرة الهيدروجين (البروتون المكشوف من الالكترونات) ولكنها ليست جزء من الجزيء . ( أي بين الجزيئات)

كيف ينتج الرابط الهيدروجيني

ماذا يجب ان يتوفر كي ينتج رابط هيدروجيني

• الجزيء يحتوي على ذرة هيدروجين مرتبطة بشكل مباشر مع ذرة ذات سالبية كهربائية مرتفعة . ( F , O , N , Cl )
• الجزيء يحتوي على ذرة ذات سالبية كهربائية مرتفعة (F , O , N , Cl )
• عند رسم الرباط يجب ان تتواجد الذرة ذات السالبية المرتفعة وذرة الهيدروجين والذرة ذات السالبية المرتفعة في الجزيء الاخر على خط مستقيم .

H-F: ---H-F:

أي رابط هيدروجيني هو الامتن�N:----H , O:----H , F:----H , Cl:----H

• بما ان الشحنة الجزئية السالبة عل ذرة الفلور اكبر من تلك التي على الاوكسجين , النيتروجين او الكلور لذلك الرابط الهيدروجيني بين زوج الالكترونات الغير رابط على ذرة الفلور والبروتون المكشوف من الالكترونات يكون الامتن (ذلك وفقا للقانون كولون)
• بما ان الشحنة الجزئية السالبة عل ذرة الاوكسجين اكبر من تلك التي على النيتروجين او الكلور لذلك الرابط الهيدروجيني بين زوج الالكترونات الغير رابط على ذرة الفلور والبروتون المكشوف من الالكترونات يكون امتن من الرابط الهيدروجيني N:˓˓˓˓H , Cl:˓˓˓˓H (ذلك وفقا للقانون كولون)

​

قوى فاندر فالس

• قوى تجاذب تنتج من تقطب (لحظي او دائم) الذي يحصل بين الجزيئات او الذرات نتيجة التصادمات بين هذة الجسيمات .
• عبارة عن قوى بين جزيئات المادة وهي عبارة قوى تجاذب كهربائي بين الاقطاب الموجبة والسالبة للجزيئات او الذرات المتجاورة

العوامل المؤثرة على قوى فاندرفالس

• السحابة الالكترونية : عدد الالكترونات الكلي .

كلما كبر عدد الالكترونات الكلي يزداد عدد الاقطاب اللحظية وذلك يؤدي الى زيادة بالتجاذب وزيادة بقوى فاندرفالس

• السطح الخارجي للجزيء .

زيادة سطح التلامس تزيد من التجاذب مما يزيد من قوى فاندر فالس

• التقطب – الشحنة الجزئية .

كلما ارتفعت الشحنة الجزئية زادت متانة قوى فاندر فالس

مواد مع اربطة كوفلنتية

ذرية

مبنى ضخم

جزيئية

يمكن ان تكون

يمكن ان تكون

صيغتهم تكون

جزيئية

امبيرية

مواد جزيئية

عناصر جزيئية : مبنية من جزيئات .

داخل كل جزيء يوجد رباط كوفلنتي , وبين الجزيئات تعمل قوى بين جزيئية ضعيفة نسبيا ( قوى فاندر فالس vdv )

H₂O

الماء - مركب جزيئي

خواص المواد الجزيئية

• لمعظمها درجات غليان وانصهار منخفضة نسبيا . ( الاربطة البين جزيئية ضعيفة مقارنة باربطة اخرى, خاصة لجزيئات غير كبيرة .)
• الحالة التراكمية في درجة حرارة الغرفة – صلب , سائل وغاز .
• توصيلها رديء في الحالة الصلبة .
• توصيلها رديء في الحالة السائلة .
• قسم صغير منهم يذوب بالماء

الحالة التراكمية المختلفة للعناصر الهلوجينية في درجة حرارة الغرفة

غاز

سائل

صلب

الاربطة البين جزيئية تقوى كلما كان الذرات اكبر

مواد ذرية�مباني ضخمة

الصيغة الامبيرية - C

كل ذرة كربون مرتبطة مع اربع ذرات كربون مجاورة بواسطة اربطة كوفلنتية فردية . كل ذرة كربون تشكل مركز للتيترائيدر . المبنى ضخم وثلاثي الابعاد

مبنى الماس :-

كل ذرة كربون مرتبطة بثلاث ذرات كربون مجاورة بواسطة اربطة كوفلنتية .

ينتج خاتم سداسي مستوي .

لكل ذرة كربون يتبقى الكترون غير رابط يتحرك في المستوى . بين المستويات تعمل قوى بين جزيئية ضعيفة .

مبنى الجرافيت

ماس

جرافيت

خواص مواد ذرية كوفلنتية

• صلبة بدرجة حرارة الغرفة .
• لهم درجة انصهار مرتفعة جدا .
• غير قابلة للذوبان في الماء .
• التوصيل الكهربائي

- الشبيهة بالماس غير موصلة للتيار الكهربائي

- الشبيهة بالجرافيت موصلة للتيار الكهربائي

• امثلة لمواد ذرية – ماس , جرافيت , بورون , سيلكون , اكسيد السيلكون , كربيد السيلكون , جرمانيوم .