رابطة تساهمية
الرابطة التساهمية هى أحد أشكال الترابط الكيميائي وتتميز بمساهمة زوج أو أكثر من الإلكترونات بين الذرات, مما ينتج عنه تجاذب جانبي يعمل على تماسك الجزيء الناتج. تميل الذرات للمساهمة أو المشاركة بإلكتروناتها بالطريقة التى تجعل غلافها الإلكتروني ممتليء. وهذه الرابطة دائما أقوى من القوى بين الجزيئية, الرابطة الهيدروجينية, كما أنها تماثل الرابطة الأيونية في القوة وأحيانا تكون أقوى منها.
تحدث الرابطة التساهمية غالبا بين الذرات التى لها سالبية كهربية متماثلة (عالية), حيث أنه تلزم طاقة كبيرة لتحريك إلكترون من الذرة. الرابطة التساهمية غالبا ما تحدث بين اللا فلزات, حيث تكون الرابطة الأيونية أكثر شيوعا بين الذرات الفلزية والذرات اللا فلزية.
تميل الرابطة التساهمية لأن تكون أقوى من انواع الروابط الأخرى, مثل الرابطة الأيونية. وبعكس الرابطة الأيونية, حيث ترتبط الأيونات بقوى كهرساكنة (Electrostatics) غير موجهة, فإن الرابطة التساهمية تكون عالية التوجيه. وكنتيجة, الجزيئات المرتبطة تساهميا تميل لأن تتكون في أشكال مميزة قليلة نسبيا, بزوايا محددة.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
تاريخ الرابطة التساهمية
فكرة الترابط التساهمي يمكن أن ترجع إلى جيلبرت إن لويس, والذى قام في عام 1916 بوصف مساهمة أزواج الإلكترونات بين الذرات. وقد قام بإقتراح ما يسمى ببناء لويس أو الشكل الإلكتروني النقطي والذى يكون فيه إلكترونات التكافؤ (الموجودة في غلاف التكافؤ) ممثلة بنقط حول الرمز الذري. وتكون ازواج الإلكترونات الموجودة بين الذرات ممثلة للروابط التساهمية. كما أن الأزواج العديدة تمثل روابط عديدة, مثل الرابطة الثنائية أو الثلاثية. وبعض الأشكال الإلكترونية النقطية ممثلة في الشكل المجاور. وطريقة أخرى لمتثيل الرابطة هى تمثيلها كخط, موضحة بالأزرق.
بينما أن قكرة تمثيل أزواج الإلكترونات تعطى طريقة مؤثرة لتصور الرابطة التساهمية, فإن دراسات ميكانيكا الكم تحتاج لفهم طبيعة تلك الرابطة وتوقع تركيب وخواص الجزيئات البسيطة. وقد قام كل من والتر هتلر و فريتز لندن بعمل أول توضيح ناجح من وجهة نظر ميكانيكا الكم للترابط الكيميائي, وخاصة للهيدروجين الجزيئي, في عام 1927. وقد كان عملهم مبنيا على أساس تصور رابطة التكافؤ, والذى إفترض أن الرابطة الكيميائية تتكون عندما يكون هناك تداخل جيد بين المدارات الذرية للذرات المساهمة. وهذه المدارات الذرية تعرف بأن بينها وبين بعضها زاوية محددة, وعلى هذا فإن تصور رابطة التكافؤ يمكن أن تتوقع زوايا الروابط بنجاح في الجزيئات البسيطة. عادة ما تكون هذه الرابطة بين الافليزات فقط
ترتيب الرابطة
ترتيب الرابطة هو مصطلح علمي لوصف عدد أزواج الإلكترونات المتشاركة بين الذرات المكونة للرابطة التساهمية. وأكثر أنواع الرابطة التساهمية شيوعا هو الرابطة الأحادية, والتى فيها يتم المشاركة بزوج واحد فقط من الإلكترونات. كل الروابط التى بها أكثر من زوج من الإلكترونات تسمي روابط تساهمية متعددة. المشاركة بزوجين من الإلكترونات تسمى رابطة ثنائية, والمشاركة بثلاثة أزواج تسمى رابطة ثلاثية. ومثال للرابطة الثنائية في حمض النيتروس (بين N و O), ومثال للرابطة الثلاثية سيانيد الهيدروجين (بين C و H).
الرابطة الأحادية يكون نوعها رابطة سيجما, والرابطة الثنائية تكون واحدة سيجما وواحدةباي, والرابطة الثلاثية تكون واحدة سيجما وإثنين باي.
الروابط الرباعية, رغم ندرتها, فإنها موجودة. فكل من الكربون والسيليكون يمكن أن يكونا مثل هذه الرابطة نظريا. ولكن الجزيء الناتج يكون غير مستقر تماما. وتلاحظ الروابط الرباعية الثابتة في الروابط فلزات إنتقالية-فلزات إنتقالية, وغالبا ما تكون بين ذرتين من الفلزات الإنتقالية في المركبات العضوفلزية (organometallic).
الروابط السداسية تم ملاحظتها أيضا في الفلزات الإنتقالية في الحالة الغازية ولكنها نادرة أكثر من الرباعية.
كما انه توجد حالة خاصة من الرابطة التساهمية تسمي رابطة تساهمية تناسقية.
صلابة الرابطة
بصفة عامة, يمكن للذرات المرتبطة برابطة أحادية تساهمية ان يحدث لهما دوران بسهولة نسبيا. ولكن, في الربطة الثنائية والثلاثية يكون الأمر بالغ الصعوبة حيث أنه لابد من حدوث تداخل بين المدارات باي, وهذه المدارات تكون في حالة توازي.
الرنين
يمكن لبعض انواع الروابط أن يكون لها أكثر من شكل نقطي (مثلا الأوزون O3). ففى الشكل النقطي. تكون الذرة المركزية لها رابطة أحادية مع أحد الذرات الأخرى ورابطة ثنائية مع الأخرى. ولا يمكن للشكل النقطي إخبارنا أي من الذرات لها رابطة ثنائية, فكل من الرتين لهما نفس الفرصة لحدوث الرابطة الثنائية. وهذان التركيبان المحتملان يسميا البناء الرنيني. وفى الحقيقة, فإن تركيب الأوزون رنيني مهجن بين تركيبيه الرنينين. وبدلا من وجود رابطة ثنائية, وأخرى أحادية, فإنه في الواقع يكون 1.5 رابطة تقريبا 3 إلكترونات في كل منهما في كل الأوقات.
وتوجد حالة خاصة من الرنين تحدث في الحلقات الأروماتية للذرات (مثلا البنزين). وتتكون الحلقات الأروماتية من ذرات مرتبة في شكل دائري (متماسك عن طريق الرابطة التساهمية) تتبادل الرابطة الأحادية والثنائية فيما بينها طبقا للشكل النقطي. وفى الواقع, تميل الإلكترونات لأن تتوزع بشكل متساوي في الحلقة. الإلكترونات التى تشارك في الشكل الحلقي غالبا ما تمثل بدائرة داخل الحلقة.
النظرية الحالية
حاليا تم ضم نظرية رابطة التطافؤ مع نظرية المدار الجزيئي. وفى هذا التصور, عند تواجد الإلكترونات معا, تتفاعل المدارات الذرية لتكوين أوربيتال جزيئي مهجن. وهذه المدارات الجزيئية هى خليط بين المدارات الذرية الأصلية وتمتد بصفة عامة بين الذرتين المرتبطتين.
بإستخدام ميكانيكا الكم فإنه من الممكن حساب التركيب الإلكتروني, مستويات الطاقة, زوايا الروابط, المسافة بين الروابط, العزم ثنائي القطب, وتررد الذوء للجزيئات البسيطة بدقة عالية. وحاليا يمكن حساب المسافة والزوايا بين الروابط بدقة كما لو كانا يقاسا بالفعل (المسافة منسوبة للنانو متر, والزاوية بالدرجة). وفى حالة الجزيئات الصغيرة, فإن حسابات الطاقة تكون دقيقة لدرجة كافية لإستخدامها لتعيين حرارة التكون (ميكانيكا حرارية), وكذلك الطاقة اللازمة لعبور حاجز الطاقة.
المصادر
- ويكيبيديا الإنجليزية.