الكهروسالبية والقطبية (١)

يقوم الدرس على فكرة أن نوع الرابطة الكيميائية يعتمد على مقدار جذب كل ذرة للإلكترونات، وهو ما يُعرف بالكهروسالبية. تختلف الذرات في قدرتها على جذب الإلكترونات، تماماً مثل اختلاف الأشخاص في قوة سحب الحبل. بناءً على الفرق في الكهروسالبية بين الذرتين، تتحدد نوع الرابطة إما أن تكون تساهمية نقية، أو تساهمية قطبية، أو أينية. فمثلاً، في جزيء $HCl$، تكون قيمة الكهروسالبية للكلور أعلى من الهيدروجين، مما يجعل زوج الإلكترونات يقضي وقتاً أطول عند الكلور، وينتج عن ذلك شحنة جزئية سالبة على الكلور وشحنة جزئية موجبة على الهيدروجين، وتسمى هذه الرابطة تساهمية قطبية.

الفكرة الأساسية

يعتمد نوع الرابطة الكيميائية في المركبات على مقدار جذب كل ذرة للإلكترونات المشتركة، وتُقاس هذه القدرة بمقدار يُعرف بالكهروسالبية.

الشرح

الكهروسالبية هي القدرة النسبية للذرة على جذب إلكترونات الرابطة الكيميائية. تختلف الذرات في هذه القدرة، ولكل عنصر قيمة كهروسالبية محددة في الجدول الدوري. أعلى قيمة للكهروسالبية تخص عنصر الفلور وتساوي $3.98$، بينما أقل قيمة تخص الفرنسium وتساوي $0.7$. عندما ترتبط ذرتان، نطرح قيمتي الكهروسالبية لهما لنعرف فرق الكهروسالبية الذي يحدد نوع الرابطة:

• إذا كان الفرق يساوي $0$، فالرابطة تساهمية غير قطبية (توزيع الإلكترونات متساوٍ تماماً).
• إذا كان الفرق أقل من $0.4$ وأكبر من $0$، فالرابطة تساهمية غالباً غير قطبية.
• إذا كان الفرق بين $0.4$ و$1.7$، فالرابطة تساهمية قطبية.
• إذا كان الفرق أكبر من $1.7$، فالرابطة أيونية غالباً. في الروابط التساهمية القطبية، لا تتوزع الإلكترونات بالتساوي؛ فالذرة ذات الكهروسالبية الأكبر تجذب الإلكترونات نحوها لفترة أطول، مما يعطيها شحنة جزئية سالبة نرمز لها بـ $\delta^-$، بينما تعطي الذرة الأخرى شحنة جزئية موجبة نرمز لها بـ $\delta^+$.

مثال محلول خطوة بخطوة

احسب فرق الكهروسالبية وحدد نوع الرابطة المتكونة بين ذرة الهيدروجين $H$ وذرة الكلور $Cl$، علما بأن كهروسالبية $H$ تساوي $2.20$ وكهروسالبية $Cl$ تساوي $3.16$. الخطوة الأولى: حدد قيمة الكهروسالبية لكل ذرة من الجدول الدوري: كهروسالبية $Cl = 3.16$ كهروسالبية $H = 2.20$ الخطوة الثانية: احسب الفرق بطرح القيمة الصغرى من الكبرى: $\text{الفرق} = 3.16 - 2.20 = 0.96$ الخطوة الثالثة: قارن الناتج بجدول فرق الكهروسالبية: القيمة $0.96$ تقع في المدى بين $0.4$ و$1.7$. النتيجة: نوع الرابطة تساهمية قطبية.

أخطاء شائعة

• الاعتقاد بأن جميع الجزيئات التي تحتوي على روابط قطبية تكون بالضرورة جزيئات قطبية، والصواب أن قطبية الجزيء تعتمد أيضاً على شكله الهندسي وتماثله، فقد تكون الروابط قطبية ولكن الشكل المتماثل يلغي أثر القطبية مثل جزيء $CCl_4$.
• الخلط بين الميل الإلكتروني والكهروسالبية؛ فالميل الإلكتروني قياس لقابلية الذرة المفردة لاستقبال الإلكترون، بينما الكهروسالبية هي القدرة النسبية للذرة على جذب الإلكترونات وهي مرتبطة بالرابطة.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: احسب فرق الكهروسالبية بين ذرتي الأكسجين والهيدروجين في جزيء الماء $H_2O$ إذا علمت أن كهروسالبية الأكسجين تساوي $3.44$ وكهروسالبية الهيدروجين تساوي $2.20$، ثم حدد نوع الرابطة. الإجابة: الفرق يساوي $3.44 - 2.20 = 1.24$. وبما أن القيمة بين $0.4$ و$1.7$، فالرابطة تساهمية قطبية. السؤال الثاني: لماذا يكون جزيء $CCl_4$ غير قطبي رغم أن روابط $C-Cl$ تساهمية قطبية؟ الإجابة: لأن جزيء $CCl_4$ له شكل رباعي الأوجه منتظم ومترابط بشكل متماثل، مما يجعل مسافة الشحنة متساوية من المركز ومقدار الشحنة متعاكساً في الجهات المقابلة، فيلغي التساوي في توزيع الشحنة أثر القطبية ويكون الجزيء غير قطبي.