اعتمدت على الملف المرفق:
اعتمدت على الملف المرفق:
تم استخراج صور الدرس وتسميتها هنا: [تحميل صور درس الكهروسالبية والقطبية](sandbox:/mnt/data/صور_درس_الكهروسالبية_والقطبية.zip)
4-5
الكهروسالبية والقطبية
Electronegativity and Polarity
الأهداف
- تصف كيف تستخدم الكهروسالبية لتحديد نوع الرابطة.
- تقارن بين الروابط التساهمية القطبية وغير القطبية، والجزيئات القطبية وغير القطبية.
- تعمم خواص المركبات ذات الروابط التساهمية.
مراجعة المفردات
الكهروسالبية: المقدرة النسبية للذرة على جذب إلكترونات الرابطة الكيميائية.
المفردات الجديدة
- الرابطة التساهمية غير القطبية.
- الرابطة التساهمية القطبية.
الفكرة الرئيسية
يعتمد نوع الرابطة الكيميائية على مقدار جذب كل ذرة للإلكترونات في الرابطة.
الربط مع الحياة
تختلف قدرة الناس على سحب الأشياء بحسب قوة أذرعهم، مثل لعبة شد الحبل. وكذلك تختلف قدرة الذرات على جذب الإلكترونات في الروابط الكيميائية.
الميل الإلكتروني، والكهروسالبية، وخواص الروابط
Electron Affinity, Electronegativity, and Bond Characteristics
يعتمد نوع الرابطة الكيميائية التي تتكون في أثناء التفاعل الكيميائي على قدرة جذب الذرات للإلكترونات. والميل الإلكتروني هو مقياس لقابلية الذرة على استقبال الإلكترون. وفيما عدا الغازات النبيلة، يزداد الميل الإلكتروني كلما زاد العدد الذري عبر الدورة، ويقل كلما زاد العدد الذري عبر المجموعة.
تساعد قيم الكهروسالبية الموجودة في الشكل 4-20 الكيميائيين على حساب الميل الإلكتروني لبعض الذرات في المركبات الكيميائية.
تذكر أن الكهروسالبية تشير إلى القدرة النسبية للذرة على جذب إلكترونات الرابطة الكيميائية. ولاحظ أنه يتم تعيين قيم الكهروسالبية، في حين يتم قياس قيم الميل الإلكتروني علميًا في المختبر.
الكهروسالبية يوضح الجدول الدوري في الشكل 4-20 قيم الكهروسالبية للعناصر. لاحظ أن للفلور أعلى قيمة كهروسالبية 3.98، في حين أن للفرانسيوم Fr أقل قيمة 0.7. ولأن الغازات النبيلة لا تتفاعل في الغالب، ولا تميل إلى تكوين مركبات إلا في حالات نادرة، لذا لا يتضمن الجدول قيم الكهروسالبية للهيليوم والنيون والأرجون. ومع ذلك تتحد الغازات النبيلة الكبيرة ومنها الزينون مع الذرات التي لها قيم كهروسالبية عالية مثل الفلور.
الشكل 4-20
الصورة التابعة: صفحة144_الشكل_4_20_قيم_الكهروسالبية_لعناصر_الجدول_الدوري.png
تحسب قيم الكهروسالبية بمقارنة قوة جذب الذرة للإلكترونات المشتركة إلى قوة جذب ذرة الفلور لهذه الإلكترونات.
لاحظ أن مقادير الكهروسالبية لسلسلتي اللانثانيدات والأكتينيدات غير ظاهرة في الجدول، لكنها تتراوح بين 1.12 و 1.79.
الجدول 4-7
فرق الكهروسالبية ونوع الرابطة
الصورة التابعة: صفحة145_الجدول_4_7_فرق_الكهروسالبية_ونوع_الرابطة.png
| فرق الكهروسالبية | نوع الرابطة |
| ---------------- | ----------------- |
| أكبر من 1.7 | أيونية غالبًا |
| 0.4 - 1.7 | تساهمية قطبية |
| أقل من 0.4 | تساهمية غالبًا |
| 0 | تساهمية غير قطبية |
نوع الرابطة
لا يمكن أن تكون الرابطة الكيميائية بين ذرات العناصر المختلفة رابطة أيونية أو تساهمية بالكامل. يعتمد نوع الرابطة على مقدار قوة جذب الذرات لإلكترونات الرابطة.
ويبين الجدول 4-7 إمكانية توقع نوع الرابطة باستعمال فرق الكهروسالبية بين العناصر المكونة للرابطة. ويكون فرق الكهروسالبية لإلكترونات الرابطة بين ذرتين متماثلتين صفرًا؛ وهذا يعني أن الإلكترونات موزعة بالتساوي بين الذرتين. وتعد هذه الرابطة تساهمية غير قطبية أو تساهمية نقية.
وفي المقابل، ولأن العناصر المختلفة لها قيم كهروسالبية مختلفة، لذا لا يتوزع زوج إلكترونات الرابطة بين ذرات العنصرين المختلفين بالتساوي. وينتج عن عدم التوزيع المتساوي في الإلكترونات رابطة تساهمية قطبية.
وعندما يكون هناك فرق في الكهروسالبية يكفي لنقل الإلكترون الرابطة انتقالًا من ذرة إلى أخرى، مما يؤدي إلى تكون رابطة أيونية.
أحيانًا تكون الرابطة غير واضحة إذا ما كانت أيونية أو تساهمية. فإذا كان الفرق في الكهروسالبية 1.7 فإن ذلك يعني أن الرابطة بنسبة 50% أيونية، ونسبة 50% تساهمية.
وعادة تتكون الرابطة الأيونية عندما يكون فرق الكهروسالبية أكبر من 1.7، ومع ذلك لا يتفق هذا الحد الفاصل في بعض الأحيان مع التجارب العملية التي يرتبط فيها لافلزان معًا. ولخص الشكل 4-21 مدى الرابطة الكيميائية، حيث تزداد نسبة الصفة الأيونية للرابطة التي تنتج عن اتحاد ذرتين فرق الكهروسالبية بينهما 2.00.
ماذا قرأت؟
حلل ما نسبة الصفة الأيونية في رابطة تساهمية نقية؟
الشكل 4-21
الصورة التابعة: صفحة145_الشكل_4_21_الكهروسالبية_ونوع_الرابطة_ونسبة_الصفة_الأيونية.png
يوضح الرسم البياني أن فرق الكهروسالبية بين الذرات المتجاذبة يحدد نسبة الصفة الأيونية في الرابطة. تكون الرابطة أيونية إذا كانت نسبة الصفة الأيونية فيها أكثر من 50.
اختبار الرسم البياني
حدد نسبة الصفة الأيونية للرابطة في أكسيد الكالسيوم.
الشكل 4-22
الصورة التابعة: صفحة146_الشكل_4_22_الرابطة_التساهمية_القطبية_في_HCl.png
قيمة الكهروسالبية للكلور أعلى منها للهيدروجين، وذلك ينتج عنه أن الإلكترونات الرابطة في HCl هي حتمًا أقرب إلى Cl مما هي إلى H. ويستخدم الرمز δ للدلالة على الشحنة الجزئية عند طرف من الجزيء، لبيان عدم تساوي المشاركة في زوج إلكترونات الرابطة.
القيم الظاهرة:
Cl = 3.16
H = 2.20
الفرق = 0.96
الروابط التساهمية القطبية
Polar Covalent Bonds
تتكون الروابط التساهمية القطبية نتيجة عدم جذب الذرات لإلكترونات الرابطة المشتركة بالقوة نفسها. وتشبه الرابطة التساهمية القطبية رياضة شد الحبل بين فريقين غير متساويي القوى، فعلى الرغم من إمساك كل فريق بالحبل إلا أن الفريق الأقوى يسحب الحبل إلى جهته.
وعندما تكون الرابطة التساهمية القطبية تسحب أزواج الإلكترونات المشتركة في اتجاه إحدى الذرات؛ لذا تقضي الإلكترونات وقتًا أطول حول هذه الذرة، وينتج عن ذلك شحنة جزئية عند نهايتي الرابطة.
ويستخدم الحرف الإغريقي δ لميل الشحنة الجزئية في الرابطة التساهمية القطبية. وتمثل δ- شحنة جزئية سالبة، في حين تمثل δ+ شحنة جزئية موجبة.
وتضاف δ- و δ+ إلى الشكل الجزيئي لتوضيح قطبية الرابطة التساهمية، كما في الشكل 4-22. تكون الشحنة الجزئية عند طرف الذرة ذات الكهروسالبية الأكبر، أما الشحنة الجزئية الموجبة فتكون عند طرف الذرة ذات الكهروسالبية الأقل.
وعلى الرغم من أن الرابطة القطبية شبيهة بالشحنة القطبية، فإنها تختلف عنها؛ لأنها تنتج عن مشاركة غير متساوية لأزواج الإلكترونات. ومع ذلك فإن الرابطة القطبية لها نهاية سالبة وأخرى موجبة.
القطبية الجزيئية
تكون الجزيئات ذات الروابط التساهمية القطبية إما جزيئات قطبية أو غير قطبية، ويعتمد نوع الرابطة على مكان وطبيعة الروابط التساهمية في الجزيء.
ومن الخواص المميزة للجزيئات غير القطبية أنها لا تستجيب للمجال الكهربائي، إلا أن الجزيئات القطبية تستجيب للمجال الكهربائي؛ ويعود السبب في ذلك إلى أن الجزيئات القطبية ثنائية الأقطاب؛ لها شحنات جزئية عند أطرافها.
لذا تكون الجزيئات القطبية موجبة جزئيًا عند أحد طرفيها وسالبة جزئيًا عند الطرف الآخر. وينتج عن ذلك أن الجزيئات القطبية بالمجال الكهربائي والانتظام داخله.
القطبية وشكل الجزيء
بإمكانك معرفة سبب كون بعض الجزيئات قطبية وبعضها الآخر غير قطبي بمقارنة جزيء الماء H₂O وجزيء رباعي كلوريد الكربون CCl₄، حيث لكلا الجزيئين روابط تساهمية قطبية.
وتبعًا لمعلومات الشكل 4-20، فإن الفرق في الكهروسالبية بين ذرتي الهيدروجين والأكسجين يساوي 1.24، والفرق في الكهروسالبية بين ذرتي الكلور والكربون يساوي 0.61. وعلى الرغم من اختلافها في فرق الكهروسالبية إلا أن رابطة H-O ورابطة C-Cl جميعها روابط تساهمية قطبية.
واعتمادًا على الصيغ الجزيئية تجد أن كلا الجزيئين أكثر من رابطة تساهمية قطبية، ولكن جزيء الماء فقط قطبي.
ماذا قرأت؟
طبق لماذا ينحني جري الماء البطيء من الصنبور عندما يقترب منه بالون مشحون بالكهرباء الساكنة؟
مهن في الكيمياء
كيميائي التغذية
الصورة التابعة: صفحة146_مهن_في_الكيمياء_كيميائي_التغذية.png
يجب على كيميائي التغذية معرفة كيف تتفاعل المواد وتتغير، حيث المظهر، الملمس، المذاق. يعمل معظم كيميائيي التغذية لدى الشركات الصانعة لنكهات الطعام والشراب.
ويتم تدريبهم مدة خمس سنوات في مختبرات التغذية، ليصبحوا بعد ذلك خبراء يتدربون تحت إشراف خبير آخر مدة سنتين.
الشكل 4-23
الصورة التابعة: صفحة147_الشكل_4_23_تحديد_قطبية_الجزيء_H2O_CCl4_NH3.png
يحدد شكل الجزيء قطبيته.
a. يعمل الشكل المنحني في جزيء H₂O على أنه قطبي.
b. ينتج عن تماثل شكل جزيء CCl₄ تساوي توزيع الشحنة، لذلك يكون الجزيء غير قطبي.
c. ينتج عن شكل جزيء NH₃ عدم التساوي في توزيع الشحنة، لذا يكون الجزيء قطبيًا.
يكون شكل جزيء H₂O كما هو محدد من خلال نموذج VSEPR منحنيًا، بسبب وجود زوجين من الإلكترونات غير الرابطة على ذرة الأكسجين المركزية، كما في الشكل 4-23a.
وجزيء الماء له روابط قطبية تجعل من جهة الأكسجين سالبة جزئيًا والجهة المقابلة من الجزيء موجبة جزئيًا. أما جزيء CCl₄ فيظهر في الشكل 4-23b فهو مركب قطبي.
أما جزيء CCl₄ فهو رباعي الأوجه، أي متماثل، كما يظهر في الشكل 4-23b. لذلك يكون مقدار الشحنة من أي مسافة من المركز مساويًا لمقدار الشحنة عند المسافة نفسها من الجهة المقابلة. ويكون مركز الشحنة السالبة على كل ذرة كلور، في حين يكون مركز الشحنة الموجبة على ذرة الكربون. ولأن الشحنات الجزئية متساوية لا يكون جزيء CCl₄ غير قطبي.
وعادة ما تكون الجزيئات الثنائية الذرات، وتلك التي تكون فيها الذرة المركزية لا ترتبط بأزواج غير رابطة، غير قطبية إذا كانت روابطها قطبية وموزعة بانتظام.
أما جزيء الأمونيا NH₃ فيبين الشكل 4-23c أن ذرة النيتروجين المركزية وثلاث ذرات هيدروجين جانبية، وله شكل مثلث هرمي بسبب أزواج الإلكترونات غير الرابطة التي توجد على ذرة النيتروجين. وباستخدام الشكل 4-20 نجد أن الفرق في الكهروسالبية بين الهيدروجين والنيتروجين يساوي 0.84 مما يجعل روابط N-H تساهمية قطبية. إلا أن توزيع الشحنة غير متساو؛ لذا يكون الجزيء قطبيًا.
قابلية ذوبان الجزيئات القطبية وغير القطبية
يعتمد ذوبان مادة في مادة أخرى، وكيفية ذوبانها، على نوع الرابطة والشكل الجزيئي ومدى قابلية الذوبان. وعادة ما تكون الجزيئات القطبية والمركبات الأيونية قابلة للذوبان في المواد القطبية، أما الجزيئات غير القطبية فتذوب فقط في مواد غير قطبية، كما في الشكل 4-24.
الشكل 4-24
الصورة التابعة: صفحة147_الشكل_4_24_ذوبان_الجزيئات_التساهمية_المتشابهة.png
الجزيئات التساهمية المتماثلة، ومنها الزيت ومعظم المنتجات النفطية، مركبات غير قطبية. وتذوب الجزيئات غير المتماثلة ومنها الماء في مواد قطبية. ولا تختلط المواد القطبية بغير القطبية.
استنتج
هل يمكننا إزالة بقعة الزيت عن الأقمشة باستخدام الماء فقط؟
خواص المركبات التساهمية
Properties of Covalent Compounds
ملح الطعام مادة أيونية صلبة، والسكر مادة تساهمية صلبة، لها المظهر نفسه، ولكنهما تختلفان في خواصهما عند التسخين. فالملح لا ينصهر، أما السكر فينصهر عند درجات حرارة منخفضة. هل يؤثر نوع روابط المركب في خواصه؟
القوى بين الجزيئات
تعود الاختلافات في الخواص نتيجة الاختلاف في قوى الجذب. ففي المركبات التساهمية تكون الروابط التساهمية بين الذرات في الجزيئات قوية، في حين تكون قوى الجذب بين الجزيئات ضعيفة نسبيًا. وتعرف قوى التجاذب الضعيفة هذه بالقوى بين الجزيئية أو قوى فان در فال.
قوى فان در فال: قوى بين الجزيئات تعمل في قربها، ولكنها أضعف من قوى الروابط التي تربط بين الذرات في الجزيء، أو بين الأيونات في المركب الأيوني.
هناك عدة أنواع من القوى بين الجزيئات، ومنها القوى الضعيفة بين الجزيئات غير القطبية التي تسمى قوى التشتت، وكذلك القوى بين الأطراف المشحونة بشحنات مختلفة في الجزيئات القطبية والتي تسمى قوى ثنائية القطب.
وكلما زادت قطبية الجزيء زادت هذه القوى. أما الثالثة فهي الرابطة الهيدروجينية، وهي أقواها، وتكون بين ذرة هيدروجين تقع في نهاية أحد الأقطاب وذرة نيتروجين أو أكسجين أو فلور في جزيء آخر.
مختبر حل المشكلات
تفسير النتائج
الصورة التابعة: صفحة148_مختبر_حل_المشكلات_تفسير_نتائج_الكروماتوجرام.png
كيف تؤثر قطبية الطور المتحرك في نتائج تحليل بيانات الكروماتوجرام؟
كروماتوجرافيا السائل العالية الكفاءة HPLC تقنية تستخدم لفصل وقياس مكونات مخلوط ما، حيث يحمل مذيب متحرك ما الطور المتحرك، ويمر عبر أنبوب مبطن بمادة صلبة الطور الثابت التي تجذب إليها بعض مكونات المخلوط أكثر من المكونات الأخرى. ولذلك تمر المكونات الأخرى التي لا تنجذب إلى الأنبوب وتظهر في الطور المتحرك أولًا. ويقاس زمن ذلك، بحيث تخرج النتائج على شكل مخطط كروماتوجرام، فتشير ارتفاعات قمم المخطط إلى كميات مكونات المخلوط المراد تحليلها وفصلها.
استخدم العلماء مخلوطًا من الفينول مع الماء بوصفه مذيب فصل لمخلوط الفينول - حمض البنزويك.
البيانات والملاحظات
رسم كروماتوجرام النتائج عند فصل مخلوط الفينول وحمض البنزويك باستعمال أطوار متحركة مختلفة.
التفكير الناقد
- فسر اختلاف أزمنة البقاء في المحلول المبينة على الكروماتوجرام.
- استنتج اعتمادًا على الرسم البياني، ما المادة التي كميتها كبيرة: الفينول أم حمض البنزويك؟ فسر إجابتك.
- استنتج أي المواد في المخلوط لها جزيئات ذات قطبية أعلى؟
- حدد تركيب مذيب الطور المتحرك الأكثر كفاءة لفصل الفينول عن حمض البنزويك؟ فسر إجابتك.
الشكل 4-25
الصورة التابعة: صفحة149_الشكل_4_25_الماس_مادة_صلبة_شبكية_تساهمية.png
عادة ما تستخدم المواد الصلبة التساهمية الشبكية أدوات للقطع بسبب صلابتها الشديدة. وتبين الصورة شفرة منشار مغطاة بالألماس لقطع الحجر.
القوى والخواص
تعزى خواص المركبات الجزيئية التساهمية إلى القوى التي تربط الجزيئات معًا. ولأن هذه القوى ضعيفة لذا تكون درجات انصهار هذه المواد وغليانها منخفضة مقارنة بالمواد الأيونية. وهذا يفسر سبب انصهار السكر بالتسخين المعتدل في حين لا ينصهر الملح.
كما تفسر القوى بين الجزيئات وجود الكثير من المواد الجزيئية في الحالة الغازية عند درجة حرارة الغرفة، ومن هذه الغازات السامة غازا سيانيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين.
ولأن صلابة المواد تعتمد على القوى بين الجزيئات، لذا تكون المركبات الجزيئية التساهمية لينًة في حالة الصلابة. والبارافين المستعمل في الشمع ومنتجات أخرى مثال شائع على المواد التساهمية اللينة.
وترتب المركبات الجزيئية في الحالة الصلبة، لتكون شبكة بلورية شبيهة بالشبكة الأيونية الصلبة، إلا أن قوى الجذب بين جسيماتها أضعف. ويتأثر بناء الشبكة بشكل الجزيء ونوع القوى بين الجزيئات. ويمكن تحديد معظم المعلومات عن الجزيئات من خلال دراسة المواد الصلبة الجزيئية.
المواد الصلبة التساهمية الشبكية
Covalent Network Solids
هناك بعض المواد الصلبة تسمى بالمواد الصلبة التساهمية الشبكية؛ حيث ترتبط ذراتها بشبكة من الروابط التساهمية، ومن الأمثلة على هذه المواد الألماس والكوارتز.
تكون المواد الصلبة التساهمية الشبكية هشة، وغير موصلة للحرارة والكهرباء، وشديدة الصلابة، مقارنة بالمواد الصلبة الجزيئية. ويشرح تحليل بناء الألماس بعض هذه الخواص. ففي الألماس، ترتبط كل ذرة كربون بأربع ذرات كربون أخرى. وهذا الترتيب الرباعي الأوجه المنتظم في الشكل 4-25 يشكل نظامًا بلوريًا شديد الترابط ذو درجة انصهار عالية جدًا.
التقويم 4-5
الخلاصة
الصورة التابعة: صفحة149_التقويم_4_5_الخلاصة_والأسئلة.png
الخلاصة
- يحدد فرق الكهروسالبية خواص الرابطة بين الذرات.
- تكون الروابط القطبية عندما لا تكون الإلكترونات الرابطة متجاذبة بالتساوي إلى ذرتي الرابطة.
- يحدد نموذج VSEPR قطبية الجزيء.
- تجذب الجزيئات بعضها ببعض بقوى ضعيفة. أما في الشبكة التساهمية الصلبة فترتبط كل ذرة بذرات أخرى بروابط تساهمية.
أسئلة التقويم 4-5
- الفكرة الرئيسية: لخّص كيف يؤثر الفرق في الكهروسالبية في خواص الرابطة؟
- صف الرابطة التساهمية القطبية.
- صف الجزيء القطبي.
- حدد ثلاثًا من خواص المركبات التساهمية في الحالة الصلبة.
- صنف أنواع الروابط مستعملًا الفرق في الكهروسالبية.
- عمّم الخواص العامة الرئيسية للمواد الصلبة التساهمية الشبكية.
- توقع نوع الرابطة التي ستتكون بين أزواج الذرات الآتية:
a. H و S
b. C و H
c. Na و S
- تعرف أي مما يأتي يعد جزيئًا قطبيًا وأيها يعد غير قطبي:
CF₄ ،CS₂ ،SCl₂
- حدد ما إذا كان المركب المكون من الهيدروجين والكبريت قطبيًا أو غير قطبي.
- ارسم تركيب لويس لكل من SF₄ و SF₆، وحلل شكل كل منهما، وحدد ما إذا كان الجزيء قطبيًا أو غير قطبي.
جاري تحضير الدرس المعاد صياغته وبناء الأنماط
نحافظ على المعنى العلمي ونربط كل فقرة بنواتجها ومفاهيمها.
إعادة إنتاج الدرس حسب نمط التعلم
طلب واحد ينتج المسارات البصري والسمعي والحركي والقرائي معًا، بصياغة تراعي سياق المناهج السعودية.
اختر نمط التعلم
تُنتج الأنماط الأربعة دفعة واحدة، ثم تُستدعى الحزمة المحفوظة في الزيارات التالية.