الذرة – السندات الذرية/الروابط الذرية

روابط ذرية

وبمجرد فهم الطريقة التي يتم بها تجميع الذرات ، يمكن التعامل مع مسألة كيفية تفاعلها مع بعضها البعض – على وجه الخصوص ، كيفية تشكيل الروابط لخلق الجزيئات والمواد العيانية. هناك ثلاث طرق أساسية يمكن أن تشكلها الإلكترونات الخارجية للذرات:

1. يمكن نقل الإلكترونات من ذرة إلى أخرى.
2. يمكن مشاركة الإلكترونات بين الذرات المجاورة.
3. يمكن مشاركة الإلكترونات مع جميع الذرات في المادة.

الطريقة الأولى تؤدي إلى ما يسمى ب رابطة الأيونية. لنأخذ مثالاً على ذرة من الصوديوم ، التي تحتوي على إلكترون واحد في مداره الخارجي ، تقترب من ذرة من الكلور ، لها سبعة ذرات. ولأنه يحتاج إلى ثمانية إلكترونات لملء القشرة الخارجية لهذه الذرات ، يمكن اعتبار ذرة الكلور مفقودة إلكترون واحد. تتبرع ذرة الصوديوم بإلكترون تكافؤ واحد لملء الثقب في قشرة الكلور ، لتشكيل نظام كلوريد الصوديوم عند مستوى طاقة إجمالي أقل.

يطلق على ذرة تحتوي على عدد أكبر أو أقل من الإلكترونات في المدار من البروتونات في نواتها أيون. وبمجرد نقل الإلكترون من غلاف التكافؤ ، ستفقد ذرة الصوديوم إلكترونًا. لذلك سيكون لها شحنة موجبة وتصبح أيون الصوديوم. وفي الوقت نفسه ، فإن ذرة الكلور ، بعد أن اكتسبت إلكترونًا إضافيًا ، ستتحمل شحنة سالبة وتصبح أيونًا كلورًا. القوة الكهربائية بين هذين الأيونات المشحونة بالمعايرة جذابة وتؤمنها معاً. ومركب كلوريد الصوديوم الناتج هو بلورة مكعبة ، ويعرف عادة باسم ملح الطعام العادي.

يتم وصف استراتيجية الترابط الثانية المذكورة أعلاه بواسطة ميكانيكا الكم. عندما تقترب ذرتان من بعضهما البعض ، يمكنهما مشاركة زوج من الإلكترونات الأبعد (يفكر في الذرات كما تقذف الإلكترونات ذهابًا وإيابًا فيما بينها) لتشكيل ذرات. الرابطة التساهمية. تعتبر الروابط التساهمية شائعة بشكل خاص في المواد العضوية ، حيث تحتوي الجزيئات في كثير من الأحيان على سلاسل طويلة من ذرات الكربون (التي تحتوي على أربعة إلكترونات في أصداف التكافؤ الخاصة بها).

وأخيراً ، في بعض المواد ، تتخلى كل ذرّة عن إلكترون خارجي يطفو بحرية ، ومن حيث الجوهر ، يشترك الإلكترون في جميع الذرات داخل المادة. تشكل الإلكترونات نوعًا من البحر حيث تطفو الأيونات الموجبة كالرخام في دبس السكر. وهذا ما يسمى السندات المعدنية ، وكما يوحي الاسم ، هو ما يحمل المعادن معا.

هناك أيضًا طرق للذرات والجزيئات للترابط دون تبادل أو مشاركة الإلكترونات. في العديد من الجزيئات تكون القوى الداخلية بحيث تميل الإلكترونات إلى التكتل في أحد أطراف الجزيء ، تاركة الطرف الآخر بشحنة موجبة. وعمومًا ، لا يمتلك الجزيء شحنة كهربائية صافية ، حيث أن الشحنات الموجبة والسالبة موجودة في أماكن مختلفة. على سبيل المثال ، في الماء (H₂O) تميل الإلكترونات إلى قضاء معظم وقتها بالقرب من ذرة الأكسجين ، تاركة منطقة ذرات الهيدروجين بشحنة موجبة. تسمى الجزيئات التي يتم ترتيب رسومها بهذه الطريقة بالجزيئات القطبية. إن ذرة أو أيون تقترب من جزيء قطبي من جانبه السلبي ، على سبيل المثال ، ستختبر قوة كهربائية سالبة أقوى من القوة الكهربائية الإيجابية الأكثر بُعدًا. هذا هو السبب وراء ذوبان العديد من المواد في الماء: يمكن لجزيء الماء القطبي سحب الأيونات من المواد عن طريق ممارسة قوى كهربائية. تحدث حالة خاصة من القوى القطبية فيما يسمى رابطة الهيدروجين. في العديد من الحالات ، عندما يشكل الهيدروجين رابطة تساهمية مع ذرة أخرى ، تتحرك الإلكترونات نحو تلك الذرة ، ويكتسب الهيدروجين شحنة موجبة طفيفة. يجذب الهيدروجين ، بدوره ، ذرة أخرى ، وبالتالي يشكل نوعًا من الجسر بين الاثنين. العديد من الجزيئات الهامة ، بما في ذلك الحمض النووي ، تعتمد على الروابط الهيدروجينية لهيكلها.

وأخيراً ، هناك طريقة لتكوين رابطة ضعيفة بين ذرتين محايدين للكهرباء. كان الفيزيائي الهولندي يوهانس فان دير فالس أول من وضع نظرية لهذه السندات في عام 1873 ، ويعرف الآن باسم قوات فان دير فالس. عندما تقترب ذرّتان من بعضهما البعض ، فإن سحابات الإلكترون لديها تمارس قوى قهرية على بعضها البعض ، بحيث تصبح الذرات مستقطبة. في مثل هذه الحالات ، من الممكن أن يتخطى الانجذاب الكهربائي بين نواة ذرة واحدة وإلكترونات الآخر القوى القهرية بين الإلكترونات ، وسيتشكل رابطة ضعيفة. يمكن رؤية مثال واحد لهذه القوة في رصاص قلم الرصاص الجرافيت العادي. في هذه المادة ، يتم احتجاز ذرات الكربون في صفائح بواسطة روابط تساهمية قوية ، لكن الصفائح يتم تثبيتها سويًا فقط بواسطة قوات فان دير فالس. عندما يتم رسم قلم رصاص عبر الورق ، تنفجر قوات فان دير فالس ، وتتخلص من صفائح الكربون. هذا هو ما يخلق خط قلم رصاص مظلم.