الدرس الرابع: النشاط الكيميائي وسلوك الذرات وتكوين الروابط الأيونية والتساهمية
يرتبط النشاط الكيميائي لأي عنصر ارتباطاً وثيقاً بعدد إلكترونات التكافؤ الموجودة في مستوى الطاقة الخارجي لذراته. فإذا كان المستوى الخارجي مكتملاً تماماً بالحد الأقصى للاستقرار (ثمانية إلكترونات أو إلكترونين في حالة الهيليوم)، تكون الذرة خاملة كيميائياً ولا تميل للدخول في تفاعلات كيميائية في الظروف العادية، كالغازات النبيلة. أما إذا كان المستوى الخارجي غير مكتمل، تكون الذرة نشطة وتسعى جاهدة للوصول للتشبع الثماني عن طريق فقد أو اكتساب أو المشاركة بالإلكترونات. تميل ذرات الفلزات إلى فقد إلكترونات مستواها الخارجي لتتحول إلى أيونات موجبة (كاتيونات) تحمل شحنات موجبة مساوية لعدد الإلكترونات المفقودة، بينما تميل ذرات اللافلزات إلى اكتساب إلكترونات لتتحول إلى أيونات سالبة (أنيونات). ويؤدي التجاذب الكهربي الساكن بين الأيون الموجب والأيون السالب إلى تكوين الرابطة الأيونية كملح الطعام، في حين تتشارك اللافلزات بأزواج إلكترونية لتكوين الروابط التساهمية الأحادية والثنائية والثلاثية وفق المنهج الوزاري المعتمد.
1. سلوك الفلزات وتكوين الأيون الموجب
الفلزات عناصر تحتوي في غلافها الخارجي على 1 أو 2 أو 3 إلكترونات (أقل من 4):
- سبب الفقد: لتصل للتركيب الإلكتروني المستقر لأقرب غاز خامل يسبقها في الجدول الدوري.
- شحنة الأيون الموجب: موجبة لأن عدد البروتونات الموجبة داخل النواة يصبح أكبر من عدد الإلكترونات السالبة التي تدور حولها.
- مثال الصوديوم:
₁₁Na (2,8,1) ⇐ فقد 1e⁻ ⇐ Na⁺ (2,8)يحمل شحنة موجبة واحدة. - مثال الماغنسيوم:
₁₂Mg (2,8,2) ⇐ فقد 2e⁻ ⇐ Mg²⁺ (2,8)يحمل شحنتين موجبتين.
2. سلوك اللافلزات وتكوين الأيون السالب
اللافلزات عناصر تحتوي في غلافها الخارجي على 5 أو 6 أو 7 إلكترونات (أكثر من 4):
- سبب الاكتساب: لإكمال غلافها الخارجي بـ 8 إلكترونات والتشبه بأقرب غاز خامل يليها.
- شحنة الأيون السالب: سالبة لأن عدد الإلكترونات السالبة المدارية يصبح أكبر من عدد البروتونات الموجبة.
- مثال الكلور:
₁₇Cl (2,8,7) + 1e⁻ ⇐ Cl⁻ (2,8,8)يحمل شحنة سالبة واحدة. - مثال الأكسجين:
₈O (2,6) + 2e⁻ ⇐ O²⁻ (2,8)يحمل شحنتين سالبتين.
3. الرابطة الأيونية وخواصها
رابطة تنشأ نتيجة التجاذب الكهربي (الإلكتروستاتيكي) بين أيون موجب لفلز وأيون سالب للافلز:
- جزيئات مركبات فقط: لا تنشأ الرابطة الأيونية بين ذرتين من نفس العنصر لتنافر الشحنات المتماثلة، لذا ينتج عنها دائماً جزيئات مركبات فقط (مثل ملح الطعام NaCl، وأكسيد الماغنسيوم MgO).
- ليس لها وجود مادي: لأنها مجرد قوى تجاذب كهربي ساكن بين شحنات متضادة.
4. الرابطة التساهمية وأنواعها الثلاثة
رابطة تنشأ بين اللافلزات عن طريق مشاركة كل ذرة بعدد من إلكترونات غلافها الخارجي:
| النوع | عدد أزواج الإلكترونات المشاركة | أمثلة العناصر | أمثلة المركبات |
|---|---|---|---|
| تساهمية أحادية (-) | زوج واحد (إلكترون من كل ذرة) | جزيء الهيدروجين (H - H) | جزيء الماء (H - O - H) |
| تساهمية ثنائية (=) | زوجان (إلكترونان من كل ذرة) | جزيء الأكسجين (O = O) | ثاني أكسيد الكربون (O = C = O) |
| تساهمية ثلاثية (≡) | ثلاثة أزواج (3 إلكترونات من كل ذرة) | جزيء النيتروجين (N ≡ N) | أول أكسيد الكربون |
ينتج عن الرابطة التساهمية جزيئات عناصر (H2, O2, N2) أو جزيئات مركبات (H2O, HCl) عكس الأيونية.
تمرين 1: تكوين ملح كلوريد الصوديوم (NaCl)
المسألة: وضح بالمعادلات الإلكترونية كيف تنشأ الرابطة في كلوريد الصوديوم.
• ذرة الصوديوم ₁₁Na (2,8,1) تفقد إلكتروناً واحداً وتتحول لأيون موجب Na⁺ (2,8).
• تكتسب ذرة الكلور ₁₇Cl (2,8,7) هذا الإلكترون وتتحول لأيون سالب Cl⁻ (2,8,8).
• يحدث تجاذب كهربي بين Na⁺ و Cl⁻ لتكوين مركب كلوريد الصوديوم الأيوني NaCl.
تمرين 2: نوع الرابطة في جزيء الأكسجين (O2)
المسألة: فسر نوع الرابطة في جزيء الأكسجين (علماً بأن العدد الذري للأكسجين 8).
• التوزيع الإلكتروني للأكسجين: ₈O (2,6)، يحتاج كل منهما إلكترونين للاكتمال.
• تشارك كل ذرة أكسجين بإلكترونين فيتكون زوجان من الإلكترونات المشتركة في حيازة كلتا الذرتين.
• إذن الرابطة تساهمية ثنائية (O = O).
تمرين 3: الرابطة في جزيء النيتروجين (N2)
المسألة: ما نوع الرابطة في جزيء غاز النيتروجين؟ (العدد الذري للنيتروجين 7).
• التوزيع الإلكتروني لـ ₇N: K = 2 ، L = 5.
• ينقص كل ذرة 3 إلكترونات لتكتمل بـ 8، فتشارك كل ذرة بثلاثة إلكترونات.
• تنشأ رابطة تساهمية ثلاثية (N ≡ N) تتضمن ثلاثة أزواج من الإلكترونات المشتركة.
تمرين 4: الرابطة في جزيء الماء (H2O)
المسألة: وضح كيف ترتبط ذرة الأكسجين بذرتي الهيدروجين في الماء.
• ذرة الأكسجين تشارك بإلكترون واحد مع ذرة الهيدروجين الأولى فتتكون رابطة تساهمية أحادية.
• وتشارك بإلكترون آخر مع ذرة الهيدروجين الثانية فتتكون رابطة تساهمية أحادية ثانية.
• إذن جزيء الماء يحتوي على رابطتين تساهميتين أحاديتين (H - O - H).
تمرين 5: علل: الرابطة الأيونية ينتج عنها مركبات فقط ولا ينتج عنها عناصر
المسألة: اذكر السبب العلمي الدقيق.
• لأنها تنشأ دائماً بين ذرات عناصر مختلفة (فلز يفقد ولافلز يكتسب)، ولا يمكن أن تنشأ بين ذرتين من نفس العنصر لتشابه شحنتهما وتنافرهما.
تمرين 6: مقارنة بين الذرة وأيونها
المسألة: قارن بين ذرة الصوديوم ₁₁Na وأيون الصوديوم Na⁺ من حيث عدد البروتونات وعدد مستويات الطاقة.
• عدد البروتونات متساوٍ في الاثنين ويساوي 11 بروتوناً.
• عدد مستويات الطاقة: ذرة الصوديوم بها 3 مستويات (2,8,1)، بينما أيون الصوديوم به مستويان فقط (2,8) لفقدان إلكترون المستوى الأخير.
تمرين 7: أكسيد الماغنسيوم (MgO)
المسألة: بين نوع الرابطة في مركب أكسيد الماغنسيوم MgO (الماغنسيوم 12، الأكسجين 8).
• الماغنسيوم (2,8,2) يفقد إلكترونين ⇐ Mg²⁺.
• الأكسجين (2,6) يكتسب الإلكترونين ⇐ O²⁻.
• يحدث تجاذب كهربي بين الأيونين المتضادين فتتكون رابطة أيونية.
تمرين 8: تحديد شحنة الأيون
المسألة: ذرة عنصر لافلزي تحتوي في نواتها على 16 بروتوناً. ما شحنة ورمز أيونها الناتج؟
• التوزيع: (2,8,6) الكبريت S.
• يحتاج إلكترونين ليكتمل بـ 8، فيكتسب إلكترونين.
• شحنة الأيون سالبة ثنائية: S²⁻.
اضغط على أي بطاقة لاكتشاف المعنى الدقيق، واضغط على أيقونة الصوت للاستماع للنطق:
اضغط على الإجابة لتتحقق من فهمك وتكتشف التفسير النموذجي فورياً: