الوسم: الجزيئية

الشكل (2-14): بعض الأشكال لأربع أجسام كروية مرتبطة ببعضها.
وتزداد الأشكال التي يمكن الحصول عليها بازدياد عدد الأجسام التي تشكلها، فإذا زاد عدد الأجسام عن ثلاثة أصبح بالإمكان بناء أشكال مجسمة لا تنحصر فيها الأجسام في مستوى واحد، بل يمكن توزيعها في الفراغ في أكثر من مستوى. أنظر الشكل (2-14).

النشاط (2-3): النماذج
احضر كرات واربطها بأسلاك لتمثل بعض الأشكال المشار إليها في الشكلين (2-13) و (2-14).

تلاحظ مما سبق أن ارتباط الذرات ببعضها ينتج أشكالاً محددة تعتمد على عدد الذرات وعلى طريقة ترابطها.

كل الرسوم الآتية لا تصلح لتمثيل جزيء الميثانول الذي صيغته CH 4O

بين سبب ذلك واقترح رسماً مقبولاً. هل يُظهر الرسم الذي اقترحته توزيع الذرات في الفراغ.

1-

الشكل (2-15): أشكال متعددة من المادة نفسها.الأشكال تدل على الصفات
يمكن صنع أشياء ذات أشكال مختلفة من مادة واحدة، ولكل منها استخدامات وصفات تعتمد على شكله، فمصنع البلاستيك – مثلاً – يصنع من مادة بلاستيكية واحدة أشياء متعددة لكل منها شكل واستخدام؛ فقد يصنع منها أنابيب أو خيوطاً أو شفافيات أو شرائح أو صناديق أو ألعاباً؛ أنظر الشكل (2-15).
وكذلك الحال بالنسبة إلى جزيئات المواد؛ فأشكالها تقرر سلوكها.
فالكحول الإيثيلي (إيثانول) والإيثر مادتان عضويتان تختلفان اختلافاً كبيراً في صفاتهما، علماً بأن جزيئات كل منهما تحتوي على نوع وعدد الذرات نفسها؛ فالصيغة الكيميائية لكل منهما هي C 2H 6O. ويعود اختلاف صفات المادتين (كاختلاف درجة الغليان) إلى اختلاف أشكال جزيئاتهما:

والاختلافات التي يبرزها الرسمان السابقان للجزيئات غير قليلة، فهيكلي الجزيئين مختلفان؛ ففي الأول ترتبط بالأكسجين ذرتا كربون، وفي الثاني ترتبط بالأكسجين ذرة كربون واحدة، ورابطة الأكسجين الثانية هي مع الهيدروجين.
يتبين من المثال السابق أهمية الأشكال التي تأخذها جزيئات المواد، وعلاقتها بصفات تلك المواد. وهذه الأهمية تعكسها الأعمال والدراسات التي يقوم بها الكيميائيون، فأهم مجالات البحث والدراسة في الكيمياء هي تعرف أشكال جزيئات المركبات، فإذا عرف شكل الجزيء أمكن التنبؤ بصفات المادة، وأمكن بناؤها وتحضيرها من مواد أخرى.
2- الصيغة الجزيئية للمادة
ليس بالإمكان معرفة شكل أي جزيء دون معرفة الذرات المكونة له وعدد كل نوع منها؛ فالتحاليل الكيميائية التي توصل إلى معرفة أنواع الذرات وأعدادها في الجزيئات هي من أوائل الأعمال التي تجى لدراسة أشكال الجزيئات، ولهذه الغاية يقوم الكيميائي بالأعمال الآتية:
أ- التحليل الوصفي لمعرفة الذرات المكونة للجزيئات.
ب- التحليل الكمي لمعرفة نسبة كل عنصر في الجزيء.
جـ- تعيين الكتلة الجزيئية (الكتلة المولية).
وتؤدي هذه الأعمال إلى معرفة الصيغة الجزيئية للمادة؛ فالتحليل الوصفي للماء – مثلاً – يبين أنه مكون من الهيدروجين والأكسجين، والتحليل الكمي يبين أن نسبة ذرات الهيدروجين إلى الأكسجين هي 2 : 1 ، وتعيين كتلته الجزيئية يعطي قيمة هي 18.02 وحدة كتلة ذرية؛ وهي كتلة ذرتين من الهيدروجين وذرة من الأكسجين وكل هذا يبين أن الصيغة الجزيئية للماء هي H 2O .
ولتسهيل مهمتك في هذا الفصل ستتوافر لك الصيغ الجزيئية لمعظم المواد، وستسعى لمعرفة الشكل ومن ثم تمثيله بالرسم، وهذا التمثيل يعرف بالصيغة البنائية للجزيء (شكل الجزيء) إذن، فالخطوة الأولى لمعرفة الصيغة البنائية هي معرفة الصيغة الجزيئية.
3-
الذرة المركزية وأشكال الجزيئات
يتم تحديد ما يعرف بالذرة المركزية في الجزيء، بالنظر إلى الصيغة الجزيئية وبالرجوع إلى إلكترونات مستوى الطاقة الأخير لتلك الذرة (مجموعة العنصر في الجدول الدوري)؛ فذرة النتروجين في جزيء الأمونيا NH 3 ترتبط مع ثلاثة ذرات من الهيدروجين؛ أي يكون النتروجين في الأمونيا ثلاث روابط. والكربون في مركب رابع كلوريد الكربون CCl4 يرتبط مع 4 ذرات كلور؛ أي يكون 4 روابط، وتدعى كل من ذرة N، C في المركبين السابقين بالذرة المركزية.

بالنظر إلى الصيغة الجزيئية، وبالرجوع إلى موقع العنصر في الجدول الدوري، أملأ الفراغات التي تخص الذرة المركزية في الجدول الآتي:

يتبين لك من الأمثلة السابقة أن الذرة المركزية هي الذرة التي يرتبط بها (يحيط بها) أكبر عدد من الذرات في الجزيء. وهذا العدد من الذرات المحيطة بالذرة المركزية يتناسب مع عدد الروابط المشتركة الممكنة لها.
ولعلك لاحظت أن عدد الذرات المحيطة بالذرة المركزية لا يساوي عدد أزواج الإلكترونات المشتركة دائماً؛ ففي جزيء CO 2تحيط بذرة الكربون (الذرة المركزية) ذرتا أكسجين، لكن عدد أزواج الإلكترونات المشتركة هو أربعة أزواج.

أي العبارات الآتية صحيحة بخصوص عدد الذرات المرتبطة بالذرة المركزية:
أ- قد يتساوى عدد الذرات بعدد أزواج الإلكترونات المشتركة.
ب- قد يقل عدد الذرات عن عدد أزواج الإلكترونات المشتركة.
جـ- قد يزيد عدد الذرات على عدد أزواج الإلكترونات المشتركة.


الشكل (2-16): تعدد أشكال الجزيئات. إن معرفتك لعدد الذرات المرتبطة بالذرة المركزية يمهد لك الطريق لمعرفة شكل الجزيء وتمثيله بالرسم. فالجزيء المكون من ذرتين لن يكون إلا خطياً ، أي أن مركزي ذرتيه تقع على خط واحد، والجزيء المكون من ثلاث ذرات قد يكون خطياً، وقد يكون غير خطي، لكن مراكز ذراته تكون في مستوى واحد فقط.والجزيء المكون من 4 ذرات – واحدة مركزية وثلاث محيطة بها – قد تكون ذراته في مستوى واحد أو أكثر، ولن تكون على خط واحد. وكذلك الحال بالنسبة إلى الجزيء المكون من أكثر من 4 ذرات واحدة منها مركزية؛ انظر الشكل (2-16).
وعندما تتعدد الأشكال التي يمكن أن تنتج من وجود عدد معين من الذرات حول الذرة المركزية تواجه بالحاجة إلى تحديد الشكل الأصح (الأنسب). فما المعايير التي تحكم بها على شكل ما أنه الأصح؟ وما مواصفات هذا الشكل ؟ وما الشروط التي يجب أن يحققها؟
المعيار (الشرط) البديهي – الذي تتوقعه – هو أن يتفق شكل الجزيء مع صفات المادة المعروفة. كما درست سابقاً.
وهناك شرط آخر يجب تحقيقه في الشكل يمثل الجزيء يختص بطاقة التجزيء، فأنت تعلم أن الذرات تتجمع وترتبط ببعضها في جزيئات لكي تصل إلى وضع تكون فيه طاقتها أقل ما يمكن، فكلما انخفضت الطاقة ازداد الثبات، لذا يتوجب أن يظهر الشكل الذي تمثله لجزيئات مادة ما، درجة ثبات تلك المادة. والطاقة المنخفضة – ومن ثم الثابت – تنتج من التجاذب الأكثر بين الذرات والتنافر الأقل بينها، لذا تتوزع الذرات في الجزيء في شكل – بناء- يمثل أقصى تجاذب ممكن وأقل تنافر ممكن بين الإلكترونات.
ويتحقق ذلك بأن تأخذ الجزيئات شكلاً تكون فيه الزوايا بين الروابط في الجزيئات أكبر ما يمكن.

النشاط (2-4): أشكال الجزيئات

ويطلق على هذا الشكل مثلث متساوي الأضلاع (مثلث مسطح) ومن الجزيئات البارزة التي ينطبق عليها الشكل السابق جزيئات BCl 3؛ فتركيب لويس لها هو وتلاحظ من هذا التركيب عدم وجود إلكترونات غير رابطة على الذرة المركزية.
ماذا عن شكل جزيء NH 3 الذي يتكون من 4 ذرات أيضاً؟

الشكل (2-18): شكل جزيء
NH3 (هرمي الشكل).
قد تظن للوهلة الأولى أن شكله مثلث متساوي الأضلاع مثل BCl 3
ولكن تركيب لويس له يظهر وجود زوج من الإلكترونات
غير الرابطة على الذرة المركزية، فالشكل المناسب له يكون هرمياً ثلاثياً، والزوايا بين الروابط 107.3‏ْ. أنظر الشكل (2-18).