لماذا تشكل معظم الذرات روابط كيميائية؟

إذا كنت قد أتيت في تعليم الكيمياء ، فقد واجهت موضوع الروابط الكيميائية بين الذرات والجزيئات ، وربما تعلمت حتى أسماء قليلة (وهي رائعة جدًا ، في حقيقة). ولكن إذا طلب منك شخص ما إعطاء ثلاثة أسباب لتكوين الرابطة الكيميائية ، فهل ستكون قادرًا على مساعدة صديقك الفضولي؟

هناك عدد من أنواع الروابط الكيميائية ، كما ستتعلم ، لكن كل الروابط بين الذرات تتشكل لنفسها السبب الأساسي: الفرصة للذرات المعنية لإكمال غلافها الإلكتروني الخارجي ، أو التكافؤ اصداف. مثل الكثير من ذرات الكائنات الحية ، لا يوجد نوع من الذرات (وهناك 118 نوعًا فرديًا ، تسمى العناصر) يكون في أكثر حالاته راحة أثناء وجوده بمفرده.

كل الذرات لها واحد أو أكثر البروتوناتالنيوترونات و الإلكترونات، باستثناء الهيدروجين ، الذي يتكون من بروتون واحد وإلكترون واحد. عدد البروتونات والإلكترونات متساوي في الذرات المحايدة ويحدد هويتها الفردية ، أي ما هو عنصر كل منها.

نظرًا لأن البروتونات مشحونة إيجابًا بينما تحمل الإلكترونات شحنة سالبة مساوية في الحجم لشحنة البروتون ، فإن الذرة نفسها محايدة ، لأن النيوترونات ، التي تليق باسمها ، ليس لها شحنة. من ناحية أخرى ، فإن البروتونات والنيوترونات متشابهة جدًا في الكتلة وتحتل مركز الذرة في النواة. الإلكترونات أقل كتلة بحوالي 2000 مرة من البروتونات والنيوترونات الصغيرة بالفعل.

يُنظر إلى الإلكترونات على أنها ترفرف على مسافة قريبة من النواة في مستويات طاقة كمية. كونها على الأطراف الخارجية غير المحددة للذرات ، فهي الجسيمات دون الذرية التي تشارك في الترابط الكيميائي.

هناك ثلاث طرق أساسية (أو أربع ، اعتمادًا على مستوى السماح لديك) يمكن للذرات من خلالها تكوين رابطة كيميائية ؛ وترد أمثلة على كل أدناه.

الرابطة التساهمية: أحد أسباب تكوين الذرات للروابط هو أنها قادرة على مشاركة الإلكترونات مع ذرات أخرى لإكمال غلاف التكافؤ لكليهما. يمكن أن تحمل قذائف التكافؤ لأخف عنصرين ، الهيدروجين والهيليوم ، ما يصل إلى إلكترونين ؛ يمكن أن تستوعب أغلفة التكافؤ لمعظم العناصر المألوفة ثمانية إلكترونات. جزيء ماء ح₂ا، يتكون من ثلاث ذرات واثنين من روابط H-O التساهمية متطابقة.

الرابطة الأيونية: السبب الثاني لتكوين الذرات للروابط هو قدرتها على التبرع بالإلكترونات أو استقبال الإلكترونات من ذرات أخرى لإكمال غلاف التكافؤ الخاص بها. عادة ما تكون هذه الروابط أقوى من الروابط التساهمية بسبب اختلاف الكهربية بينهما (الحافز المادي "للتبرع" بدلاً من "المشاركة"). كلوريد الصوديوم، أو كلوريد الصوديوم ، مركب أيوني.

الرابطة المعدنية: السبب الثالث لتكوين الذرات للروابط هو أنه في بعض العناصر ، تسمى المعادن ، تتجول الإلكترونات في الذرات في نفس "الحي" بعيدًا عن نواتها وتصبح جزءًا من "بحر الإلكترون" حيث لا ترتبط الإلكترونات عالية الطاقة ارتباطًا واضحًا بأي من الوالدين نواة. يحدث هذا عندما يتم العثور على المعدن في شكله الأحادي ، أي أنه مرتبط بنفسه فقط ؛ هذا هو المقصود بـ "الذهب الخالص" أو "البلاتين الخالص".

رابطة الهيدروجين": يمكن لذرات الهيدروجين ، التي تحمل في بعض الجزيئات شحنة موجبة طفيفة ، أن تشكل عوامل جذب إلكتروستاتيكية قوية للذرات سالبة الشحنة على متاخم الجزيئات. يحدث هذا في السوائل مثل الماء ، حيث تمثل هذه الروابط نقطة غليان الماء العالية بشكل غير عادي بين السوائل خفيفة الوزن في درجة حرارة الغرفة.

باختصار ، تكون الذرات أكثر "راحة" أو استقرارًا ، من وجهة نظر الطاقة المطلقة عندما تكتمل أصداف التكافؤ. في حين أن التشبيه غير كامل ، تخيل أن صخرة يتم الاحتفاظ بها على قمة جبل بسبب تربة غير مستقرة.

في حين أن الصخرة يمكن أن توجد فعليًا في هذه الحالة بينما تكون مدعومة على النحو الواجب بالتراب والصخور ، إذا كان لها "طريقها" ، سوف تسحب الجاذبية الصخرة نحو أدنى ارتفاع متاح لتقليل طاقتها الكامنة إلى الحد الأدنى القيمة.