البنية الالكترونية و هندسة أفراد
بعض الأنواع الكيميائية
مؤشرات الكفاءة
يوظف النماذج ( لويس ، جليسبي ، كرام ) لتمثيل بعض الجزيئات وتبرير بعض الخصائص الفيزيائية والكيميائية.
خطوات سير الدرس
- بنية جزيئات بعض الأنواع الكيميائية.
- قاعدة لويس (LEWIS)( القاعدة الثمانية )
- الرابطة التكافئية :la liaison covalente
- نموذج لويس لتمثيل الجزيء
- تمثيل الصيغ المفصلة لبعض الجزيئات
- التماكب
البنية الالكترونية و هندسة أفراد
بعض الأنواع الكيميائية
I ــ بنية جزيئات بعض الأنواع الكيميائية
1ــ مفهوم تكافؤ عنصر:
اـ التعريف الأول :
تكافؤ عنصر X هو عدد الالكترونات المنفردة( الحرة )الموجودة في الطبقة السطحية للذرة وتدعى هذه الالكترونات بالكترونات التكافؤ .
مثال: التوزيع الالكتروني للكربون C6 هو
ومنه يوجد 4 الكترونات حرة في الطبقة السطحية لذرة الكربون إذن تكافؤ الكربون هو 4
و إليك أمثلة عن بعض الذرات الأخرى في الجدول التالي :
ب ـ التعريف الثاني :
عندما يرتبط عدد قدره n من ذرات الهيدروجين H مع العنصر الكيميائي X لتكوين الجزيء المركب XHn فإننا نسمي العدد n تكافؤ العنصر
ملاحظة :
يصطلح على أن تكافؤ الهيدروجين هو دوما 1.
مثال :
ـ غاز الميثان CH4
ترتبط ذرة الكربون C مع 4 هيدروجين و منه تكافؤ الكربون هو 4 (رباعي التكافؤ).
ـ غاز النشادر NH3
ترتبط ذرة الازوتN مع 3 هيدروجين و منه تكافؤ الازوتN هو 3 (ثلاثي التكافؤ)
ـ جزيئ الماء H2O
ترتبط ذرة الأكسجين O مع 2 هيدروجين و منه تكافؤ الأكسجين O هو 2 (ثنائي التكافؤ ).
2ـ قاعدة لويس (LEWIS) (قاعدة الثمانية ) :
اـ تعريف :
مثال :
ـ ثنائي الهيدروجين H2
نلاحظ أن البنية الالكترونية لكل ذرة أصبحت مشبعة بإلكترونين و أن ثاني الهيدروجين أصبحت بنيته مشابهة لبنية الغاز الخامل : الهليوم He 2
ـ ثنائي أكسيد الكربون CO2
كل من ذرة الأكسجين و الكربون تحتوي طبقتها السطحية على 8 إلكترون، أصبحت بنية كل واحد منهما مشابهة لبنية الغاز الخامل: النيون Ne 10
ب ـ تمثيل لويس للعناصر :
تمثل ذرة العنصر برمزه X و تمثل الكترونات الطبقة السطحية بنقاط تكون على شكل ثنائيات نقطية (
أو بخط ( ) إن كانت أزواج الكترونية ، أو بشكل نقاط منفردة (.) إن كانت الكترونات حرة .
مثال:
3ــ الرابطة التكافئية :la liaison covalente
اـ دراسة مثال جزيء ثاني الهيدروجين H2 :
نلاحظ عزيزي التلميذ أن الهيدروجين موجود في الطبيعة على شكل جزيئH2
و ليس على شكل ذرة H .
بينما غاز الأرغون Ar موجود في الطبيعة على شكل ذرة .
التفسير:غاز الأرغون هو غاز خامل ومنه له بنية الكترونية مستقرة (الطبقة السطحية مشبعة) بينما ذرة الهيدروجين تميل إلى تشكيل جزيء H2 و هذا للحصول على بنية الكترونية مستقرة تشبه بنية الغاز الخامل الأقرب إليها في الجدول الدوري للعناصر وهو غاز الهليوم He .
على هذا الأساس كل ذرة H تشترك بوضع إلكترونها الحر مع ذرة H أخرى، بحيث نحصل على ثنائية الكترونية مشتركة بينهما (الشكل1) تدعى بالرابطة التكافئية
ب ـ تعريف الرابطة التكافئية:
« نقول عن ذرتين أنهما مرتبطتان برابطة تكافئية عندما يضعان ثنائية الكترونية مشتركة بينهما بحيث تقدم كل منهما إلكترونا حرا من طبقتها السطحية »
و نمثل الرابطة التكافئية بثنائية نقطية ( ) أو بخط ( )
مثال: جزيء ثاني الهيدروجين H2 : H H او H H
تدعى هذه الصيغة بالصيغة المفصلة لجزيء ثاني الهيدروجين
اليك عزيزي التلميذ طريقة تشكيل الرابطة التكافئية بين ذرتي الهيدروجين و هذا عن طريق تشكل السحابة الالكترونية .
4- نموذج لويس لتمثيل الجزيء:
ا- مثال جزيء غاز النشادر3 NH :
التوزيع الالكتروني لذرةN (Z = 7)هو
التوزيع الالكتروني للذرة H(Z = 1) هو
العدد الإجمالي للإلكترونات في الطبقات السطحية
عدد الثنائيات التي يمكن تحقيقها
الاحتمال الوحيد لتحقيق عدد الثنائيات مع احترام قاعدتي
الثنائية و الثمانية هو:
أي عندما يتحد مع 3ذرات من الهيدروجين يكتسب 3الكترونات و تصبح بنيته الالكترونية تشبه بنية الغاز الخامل وهو Ne وكل ذرة هيدروجين تملك نفس البنية الالكترونية التي يملكها الغاز الخامل He، إذن ذرة الأزوت ترتبط بـ 3روابط تكافئية بسيطة مع كل ذرة H ،طولها pm 101.4
ب - حساب عدد الروابط التكافؤية الممكنة لذرة عنصر:
ليكن p عدد الإلكترونات في المدار الخارجي لذرة. من أجل تحقيق قاعدة الثمانية، ترتبط الذرة مع ذرات أخرى بواسطة العلاقة :
( ) رابطة تكافؤية .
مثال:
الهيدروجين يحقق قاعدة الثنائية وبالتالي يشكل رابطة تكافؤية واحدة
جـ - تمثيل لويس لجزيءHCl (كلور الهيدروجين):
جزيء كلور الهيدروجين يتكون من ذرتي الهيدروجين H و الكلور Cl
التوزيع الالكتروني لـ H هو
التوزيع الالكتروني لـ Cl هو
ليكن Ne عدد الالكترونات في الطبقة الخارجية للذرة
Ne لـ H هو 1
Ne لـ Cl هو 7
ليكن Nt العدد الاجمالي للالكترونات في الطبقات الخارجية
حيث :
1=8 +7= Nt
ليكن Nd عدد الثنائيات التي يمكن تحقيق (الرابطة و غير الرابطة)
الاحتمال الوحيد لتحقيق عدد الثنائيات مع احترام قاعدتي الثنائية و الثمانية هي
ومنه يوجد ثنائية ترابطية واحدة تكافئية بين H و Cl و3 ثنائيات غير ترابطية كلها على ذرة Cl
إذن ترتبط ذرة الهيدروجين مع ذرة الكلور برابطة تكافئية كل واحدة تشارك بإلكترونها الحر و يكونان بينهما ثنائية إلكترونية مشتركة ، تشبه البنية الإلكترونية لكل ذرة البنية الالكترونية للغاز الخامل الأقرب إليها في الجدول الدوري ونمثل الصيغة المفصلة لـ كلور الهيدروجين HCl حسب لويس كالتالي
طول الرابطة التكافئية هي pm 127.4
ملاحظة:
• ذرة الكلور شديدة الكهروسلبية بينما ذرة الهيدروجين شديدة الكهرواجابية و من هنا نقول إن الزوج الالكتروني المشكل للرابطة التكافئية يميل أكثر إلى ذرة الكلور ،على هذا الأساس فإن الرابطة التكافئية ( هيدروجين ـ كلور) هي رابطة مستقطبة
• أي أن الاختلاف في الكهروسلبية بين العنصرين( هيدروجين ـ كلور) كبير . ويمكن أن تكون الرابطة ضعيفة الاستقطاب (أو غير مستقطبة) إذا كان الاختلاف في الكهروسلبية بين العنصرين صغير.
و من المنظور الالكتروني، جزيء HCl يكافئ مجموعة شحنتين و
5 / - تمثيل الصيغ المفصلة لبعض الجزيئات:
اـ جزيء غاز الكلور : Cl2
إن الرقم الذري لذرة الكلورCl : Z=17
و التوزيع الالكتروني له هو . نستنتج أن الطبقة السطحية لذرة الكلور تفتقد لإلكترون واحد لكي تشبع ،و تشبه البنية الالكترونية للغاز الخامل وهو Ar ، لهذا السبب تشترك مع ذرة كلور أخرى و تتشكل بينهما رابطة تكافئية انظر الشكل التالي:
وتمثل الصيغة المفصلة البسيطة للويس دون اظهار الزوج الالكتروني غير الرابط كالتالي: ،
طول الرابطة التكافئية بين ذرتي الكلور هي p m 198.8
ب ـ جزيءالنتروجين N2 :
إن الرقم الذري لذرة الازوت : Z=7
و التوزيع الالكتروني له هو . نستنتج أن الطبقة السطحية لذرة الازوت تفتقد لـ 3 إلكترون لكي تشبع ،و تشبه البنية الالكترونية للغاز الخامل وهوNe ، لهذا السبب تشترك مع ذرة ازوت أخرى و تتشكل بينهما 3روابط تكافئية طولها pm109.8
و نمثل الصيغة المفصلة حسب لويس لجزيء النتروجين N2 كالتالي:
د ـ جزيء الماء H2O :
الرقم الذري للأكسجين هو Z =8 ، أي عندما يتحد مع ذرتي الهيدروجين يكتسب إلكترونين و تصبح بنيته الالكترونية تشبه بنية الغاز الخامل وهو Ne وكل ذرة هيدروجين تملك نفس البنية الالكترونية التي يملكها الغاز الخامل He، إذن ذرة الأكسجين ترتبط برابطة تكافئية بسيطة مع كل ذرة H حيث يوجد هناك كذلك فرق في الكهروسلبية بين H و O أي نوع الرابطة التكافئية التي تنتشا بينهما تكون مستقطبة
نتيجة:
إذا كانت الرابطة التكافؤية مستقطبة يكون الجزيء مستقطب مما يعطي للنوع الكيميائي بعض الخصائص:
- النوع الكيميائي مذيب جيد (الماء، الكحول الإثيلي).
- درجة الغليان عالية نسبيا (درجة غليان الميثانول أكبر من درجة غليان .
5/ ـ التماكب :
المماكبات هي مركبات لها نفس الصيغة الجزيئية و لكن لها صيغ مفصلة مختلفة
مثال1 :
للصيغة الجزيئية C2H6O صيغتان مفصلتان هما :
ففي الصيغة الأولى الكربونان متصلان مع بعضهما برابطة تكافئية بسيطة بينما في الصيغة الثانية الكربونان متصلان بذرة الاكسجين ، و قد أدى ذلك الى التغير الكبير في الخواص الفيزيائية للمركبين ، حيث ان الأول هو الكحول الإثيلي و هو سائل ، بينما الثاني هو ثاني اكسيد المثيل و هو عبارة عن غاز
ملاحظة :
يمكن تمثيل المركب C2H6O بالصيغة نصف المفصلة كالتالي
مثال 2: كتابة الصيغ المفصلة ونصف المفصلة لجزيء C3H8O
• جزيء C3H8O يملك ثلاث صيغ مفصلة
•
• الصيغ نصف المفصلة لـ جزيء C3H8O
الاستنتاج :
جزيء C3H8O يملك ثلاث مما كبات تختلف فيما بينها من حيث الصيغ المفصلة
و كذلك من حيث الوظيفة الكيميائية
ملاحظة :يمكن تمثيل الجزيئات باستعمال النماذج المتباعدة او المتراصة و اليك عزيزي التلميذ هذا الجدول الذي ندون فيه الصيغة الجزيئية، الصيغة المفصلة و تمثيل لويس لبعض الجزيئات
اسم الجزيء الصيغة الجزيئية تمثيل لويس الصيغة المفصلة النموذج المتراص و المتباعد
غاز الهيدروجين H2
غاز الأكسجين O2
غاز الكلور CL2
غاز كلور الهيدروجين HCL
الماء H2O
غاز النشادر NH3
غاز ثاني أكسيد الفحم CO2
غاز الميثان CH4
غاز الإيثان C2H6
اسئلة التصحيح الذاتي
1/ - اوجد رقم تكافؤ الفوصفورP في الجزيئات التالية:P2O5 و P2O3 ماذا تستنتج؟
2/ - اكتب الصيغة الجزيئية للمركب الناتج من اتحاد الالومنيوم Al مع الأكسجين O علما أن تكافؤ الالومنيوم هو 3
3/- اعط تمثيل لويس الموافق لكل ذرة ،ثم استنتج رقم التكافؤ لكل عنصر من العناصرالتالية: ، Na 11 ، Al 13
4/- اعط الصيغ نصف المفصلة باستعمال تمثيل لويس للجزيئات التالية CCl4 ,C2H2 ,C2H4
اجوبة التصحيح الذاتي
1/ ــ ا - إيجاد رقم تكافؤ( x ) للفوصفور P في الجزيء P2O5:
2 (x )+5 (-2) = 0 x =+5
ــ ب ـ إيجاد رقم تكافؤ( x ) للفوصفور P في الجزيء P2O3:
2 (x )+3 (-2) = 0 x =+3
نستنتج أن عنصر الفوصفور يتغير تكافؤه من جزيء إلى أخر
2/ ـ كتابة الصيغة الجزيئية للمركب AlxOy
x (+3) +y (-2) =0 x =2 و y = 3 و منه الصيغة الجزيئية للمركب AlxOy هي Al2O3
3 / - تمثيل لويس و استنتاج رقم التكافؤ
العنصر تمثيل لويس رقم التكافؤ
4 / - تمثيل الصيغ نصف المفصلة حسب لويس