الروابط الكيميائية ( الرابطة الأيونية )

كل شيءِ في الكون يسعى لأن يكون في أقل مستوىً من الطاقة ، هذه هي سنة الكون وإرادة الله سبحانه وتعالى في خلقه ، فكل مافي الكون يسعى إلى السكون والثبات ولكن الله غالب على أمره فلا سكون ولا هدوء إلا أن يشاء الله .

هلاسألنا أنفسنا : لماذا يركن الكائن الحي إلى الهدوء والدعة ؟ لماذا تسقط الأجسام من الأعلى إلى الأسفل ؟ ولماذا تتحد العناصر لتكون المركبات ؟

الجواب عوداً على بدء ، إنه رغبة الأجسام وسعيها لأن تكون في أقل مستوى من الطاقة . فطاقة المركب ( في الغالب ) تكون أقل من مجموع طاقات العناصر المكونة له ، لذلك نجد ذرات العناصر تميل لأن ترتبط ببعضها ( عن طريق روابط كيميائية ) لتكوين المركبات وكل عنصر يرتبط بعددٍ من الروابط مساوٍ لتكافؤه .

إخواني وأخواتي السلام عليكم ورحمة الله وبركاته وأهلاً وسهلاً بكم في درس وموضوع جديد بعنوان ( الروابط الكيميائية .

في هذا الدرس سنعرض بإذن الله وتوفيقه إلى عددٍ من الروابط الكيميائية المشهورة ولعل من أهمها الروابط التالية :

 الرابطة الأيونية .
 الرابطة التساهمية .
 الرابطة التساهمية التناسقية .
 روابط ( قوى ) فان درفال .
 الرابطة الهيدروجينية .
 الرابطة الفلزية .

موضوع الدرس : الرابطة الأيونية .

الأهداف التعليمية : يتوقع من الطالب في نهاية الدرس أن :

1- يوضح كيف ترتبط ذرات العناصر في المركبات .
2- يشرح سبب اتحاد ذرات العناصر لتكوين المركبات .
3- يعدد ستاً من الروابط الكيميائية .
4- يعرّف الرابطة الأيونية .
5- يمثّل للرابطة الأيونية .
6- يذكر بين أي العناصر تتكون الرابطة الأيونية .
7- يعرّف طاقة الرابطة الأيونية .
8- يوضّح أثر كلٍ من كمية الشحنة ونصف القطر الأيوني على كمية طاقة الرابطة الأيونية .
9- يعرّف طاقة الترتيب البلوري .
10- يشرح أثر كلٍ من كمية الشحنة ( على الأيون الموجب والسالب ) ونصف القطر الأيوني على قيمة طاقة الترتيب البلوري .
11- يوضّح العلاقة بين قيمة طاقة الترتيب البوري للمركب الأيوني ومدى ثباته واستقراراه .
12- يوضّح العلاقة بين قيمة طاقة الترتيب البلوري للمركب الأيوني ودرجة إنصهاره وغليانه .
13- يعلل سبب ارتفاع كثافة ودرجة غليان وانصهار المركبات الأيونية .
14- يعلل سبب عدم قابلية المركبات الأيونية للتوصيل الكهربي في حالتها الصلبة .
15- يشرح سبب قابلية المركبات الأيونية للتوصيل الكهربي في المصهور والمحلول المائي .

الرابطة الأيونية : عبارة عن تجاذب كهربي بين أيونين أيون موجب تكون نتيجة فقدان ذرة العنصر لإلكترون أو أكثر وأيون سالب تكون نتيجة اكتساب ذرة العنصر لإلكترون أو أكثر .

( ومن الضروري هنا أن نركز على طبيعة الرابطة الأيونية وهي التجاذب الكهربي حتى يمكننا التمييز بدقة بين الروابط الكيميائية والتفريق بينها )

وتحدث الرابطة الأيونية عادةً بين الفلزات (ذات طاقة التأين المنخفضة والتي تميل لفقدان الإلكترونات ) واللافلزات (ذات الألفة الالكترونية المرتفعة والتي تميل لاكتساب الالكترونات ) .

مثال:-
يرتبط أيون الصوديوم + Na بأيون الكلور - Cl في مركب كلوريد الصوديوم برابطة أيونية .

Na -------> Na+ + 1e
Cl + 1e ---------> Cl- v
___________________
Na + Cl --------> Na+ + Cl- v

فعنصر الصوديوم يفقد الكترون واحد من مستوى تكافؤه ليصبح أيون موجب أحادي ذو توزيع الالكتروني مشابه للتوزيع الالكتروني للغاز الخامل الذي قبله وهو النيون .

Na / 1S2 2S2 2P6 3S1
Na+ / 1S2 2S2 2P6

وعنصر الكلور يكتسب الكترون واحد في مستوى تكافؤه ليصبح أيون سالب ذو تركيب الكتروني مشابه لتركيب الغاز الخامل الذي بعده وهو الارجون .

Cl / 1S2 2S2 2P6 3S2 3P5
Cl- / 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6

اضغط هنا لمزيد من التوضيح لكيفية تكوين الرابطة الأيونية في كلوريد الصوديوم .

والحقيقة أن هذا الكلام غير دقيق فلا يوجد جزيئات مستقلة في المركبات الأيونية بل توجد على شكل تجمع أيوني يعرف بالأشكال بلورية بحيث يكون كل أيون ذو شحنة معينة محاطاً بعدد من الأيونات ذو الشحنة المخالفة .

وللرابطة الأيونية طاقة تعرف باسم ( طاقة الرابطة الأيونية ) وهي طاقة وضع ناتجة ( سالبة ) تعتمد قيمتها على كمية الشحنة المتوفرة بالأيونين وعلى نصف قطر ( الحجم الذري ) كلِ منهما .

طاقة الرابطة الأيونية = - ي2 / ر

حيث ي : كمية الشحنة . ر : مجموع نصفي قطر الأيونين .

ويتضح من العلاقة السابقة أنه كلما زادت كمية الشحنة كلما نقصت طاقة الرابطة الأيونية ( زيادة قيمة البسط تزيد من قيمة الكسر وبأن الكسر سالب الشحنة فإن الناتج يقل ) ويصبح المركب الأيوني أكثر استقراراً .

أما بالنسبة لنصف القطر فيلاحظ من العلاقة أنه كلما كبر نصف القطر الذري لأحد الأيونين أو كليهما زادت طاقة الرابطة الأيونية ( زيادة قيمة المقام تقلل من قيمة الكسر وبما أن الكسر سالب فالقيمة تزداد ) ويصبح المركب أقل استقراراً .

وللتغلب على طاقة الرابطة الأيونية وكسرها ( فصل الأيونين المكونين للرابطة ) فإننا نحتاج إلى طاقة ( موجبة ) تعرف هذه الطاقة باسم طاقة الترتيب البلوري .

وتعرف طاقة الترتيب البلوري بأنها الطاقة التي نحتاجها لنحول مركباً بلورياً ( أيونياً ) في الحالة الصلبة إلى أيونات منفصلة في الحالة الغازية ) .
إذاً فطاقة الترتيب البلوري طاقة مساوية لطاقة الرابطة الأيونية ( كحد أدنى ) مع اختلاف الإشارة .

طاقة الترتيب البلوري = ي2 / ر

وعلى هذا فإن ارتفاع قيمة طاقة الترتيب البلوري لمركب ما يعني أن هذا المركب أكثر استقراراً وتزداد طاقة الترتيب البلوري بزيادة قيمة كمية الشحنة أو نقصان نصف القطر الذري ( لأحد الأيونين أو كليهما ) كما يتضح من العلاقة السابقة .

مثال1 : أيهما أعلى طاقة ترتيب بلوري NaCl أم CaCl2 ولماذا ؟

مثال2 : رتب المركبات التالية تصاعدياً حسب طاقة ترتيبها البلوري : LiCl ، LiBr ، LiI مبدياً تبريراً للترتيب المقترح .

خصائص المركبات الأيونية
كما ذكرنا في السابق بأن المركبات الأيونية توجد على شكل تجمعات أيونية في أشكال معينة يطلق عليها ( الأشكال البلورية ) ونجد في هذه الأشكال ترتيب بلوري منظم للأيونات بحيث أن كل أيون ذو شحنة معينة يكون منجذباً إلى مجموعة من الأيونات ذو الشحنة المخالفة ، بمعنى أن الأيون الواحد يكون مرتبطاً بعدة روابط أيونية في نفس الوقت .

وهذا ما يفسر وجود المركبات الأيونية عادةً في الحالة الصلبة ( كثافة عالية ) كما يفسر هذا الوضع أيضاً درجات الانصهار والغليان المرتفعة لهذه المركبات .

ومن أهم صفات المركبات الأيونية عدم قدرتها على التوصيل الكهربي في الحالة الصلبة نظراً لارتباط الأيونات وعدم قدرتها على الحركة بينما تصبح موصلة للكهرباء عند صهرها أو إذابتها في الماء ( الأيونات حرة الحركة في المصهور وفي المحلول المائي ) .

وإلى لقاءٍ قريب مع الرابطة التساهمية