يقوم علم الكيمياء على التفاعلات التي تحدث بين مختلف العناصر في الجدول الذري سعيًا إلى الاستقرار، وكي يتم ذلك لا بد من نشوء روابط أيونية وأخرى تساهمية، فما تعريف كل منهما؟ وما هو الفرق بين الرابطة الأيونية والرابطة التساهمية؟. اعرف ذلك وأكثر في هذا المقال.
الرابطة الأيونية
الروابط الأيونية تنشأ بين الذرات التي تتشارك بالإلكترونات، فهي نوع من الروابط الكيميائية التي تحدث بين الذرات عندما ينتقل إلكترون أو أكثر من ذرة إلى أخرى، مما يؤدي إلى تكوين كاتيونات موجبة الشحنة وأنيونات سالبة الشحنة. وفيما يلي شرح تفصيلي للترابط الأيوني:
- يحدث الترابط الأيوني بين ذرات العناصر المختلفة، وهي عادة المعادن واللافلزات، إذ تميل المعادن إلى فقدان الإلكترونات لتحقيق تكوين إلكتروني مستقر يشبه تكوين الغاز النبيل، بينما تميل اللافلزات إلى اكتساب الإلكترونات لتحقيق تكوين مستقر.
- عندما تفقد ذرة فلز واحد أو أكثر من الإلكترونات، فإنها تشكل أيون موجب الشحنة يسمى الكاتيون، أما عندما تكتسب ذرة إلكترونًا واحدًا أو أكثر، فإنها تشكل أيونًا سالب الشحنة يسمى أنيون.
- بمجرد تكوين الأيونات فإنها تتماسك معًا بواسطة قوى الجذب الكهروستاتيكية القوية بين الأيونات المشحونة بشكل متعاكس، وعندها تنجذب الكاتيونات والأنيونات لبعضها البعض بسبب شحناتها المعاكسة مما يؤدي إلى تكوين رابطة أيونية.
- توجد المركبات الأيونية عادة كمواد صلبة بلورية ذات بنية شبكية ثلاثية الأبعاد، وفي هذا الهيكل التشكيلي فإن كل كاتيون محاط بعدة أنيونات، والعكس صحيح، حيث يعمل الجذب الكهروستاتيكي القوي بين الأيونات على تثبيت الشبكة معًا.
- على عكس الروابط التساهمية التي تنطوي على مشاركة الإلكترونات بين الذرات، فإن الروابط الأيونية غير اتجاهية، وذلك يعني أن كل أيون في المركب الأيوني ينجذب إلى أيونات متعددة مشحونة بشكل معاكس في المنطقة المجاورة له بدلاً من الارتباط بأيونات محددة.
- تميل المركبات الأيونية إلى الحصول على نقاط انصهار وغليان عالية بسبب القوى الكهروستاتيكية القوية التي تربط الأيونات ببعضها في البنية الشبكية، وغالبًا ما تكون قابلة للذوبان في المذيبات القطبية مثل الماء، حيث يمكن لجزيئات الماء القطبية أن تحيط بالأيونات الفردية وتثبتها.
الرابطة التساهمية هي نوع من الروابط الكيميائية التي تحدث عندما تتشارك ذرتان في زوج واحد أو أكثر من الإلكترونات من أجل تحقيق تكوين إلكتروني مستقر
أمثلة على المركبات الأيونية
تشمل الأمثلة الشائعة للمركبات الأيونية كلوريد الصوديوم (NaCl)، ويوديد البوتاسيوم (KI)، وأكسيد الكالسيوم (CaO)، وكلوريد المغنيسيوم (MgCl₂)، حيث تتكون هذه المركبات من أيونات معدنية موجبة الشحنة وأيونات غير معدنية سالبة الشحنة مرتبطة ببعضها من خلال روابط أيونية.
ولتوضيح الرابطة الأيونية في الذرات فإنه يمكن للصوديوم مثلًا (Na) أن يفقد إلكترونًا واحدًا لتكوين أيون الصوديوم (Na⁺)، بينما يمكن للكلور (Cl) أن يكتسب إلكترونًا واحدًا لتكوين أيون الكلوريد (Cl⁻).
الرابطة التساهمية
الرابطة التساهمية هي نوع من الروابط الكيميائية التي تحدث عندما تتشارك ذرتان في زوج واحد أو أكثر من الإلكترونات من أجل تحقيق تكوين إلكتروني مستقر، بحيث يسمح هذا التقاسم للإلكترونات لكلا الذرتين بملء أغلفة التكافؤ الخاصة بهما والوصول إلى تكوين الغاز النبيل (حالة الاستقرار)، وفيما يلي شرحٌ تفصيلي للترابط التساهمي:
- تتشكل الروابط التساهمية عادة بين ذرات العناصر اللافلزية، على عكس الرابطة الأيونية حيث يتم نقل الإلكترونات، أما في الرابطة التساهمية يتم مشاركة الإلكترونات بين الذرات.
- تساهم كل ذرة بإلكترون واحد أو أكثر في زوج الإلكترون المشترك، وعادة ما تكون هذه الإلكترونات من مستوى الطاقة الخارجي، المعروف باسم غلاف التكافؤ، ومن خلال مشاركة الإلكترونات، يمكن لكلا الذرتين تحقيق تكوين أكثر استقرارًا مع غلاف تكافؤ كامل.
- الروابط التساهمية هي روابط اتجاهية، بمعنى أن زوج الإلكترون المشترك يتموضع بين الذرتين المرتبطتين، وتُعرف منطقة الفضاء التي من المرجح أن توجد فيها الإلكترونات المشتركة باسم المدار الجزيئي.
- تحدث الرابطة التساهمية غير القطبية عندما يتم مشاركة الإلكترونات الموجودة في الرابطة التساهمية بالتساوي بين الذرتين، وتسمى الرابطة في هذه الحالة بالرابطة غير القطبية، وتحدث عادةً عندما يكون للذرتين نفس السالبية الكهربية، أما الرابطة التساهمية القطبية فتحدث عندما يتم تقاسم الإلكترونات الموجودة في الرابطة التساهمية بشكل غير متساوٍ، حيث تمارس ذرة واحدة قوة سحب على الإلكترونات أقوى من الأخرى، وتسمى الرابطة القطبية.
الروابط الأيونية والروابط التساهمية نوعان مختلفان من الروابط الكيميائية التي تنتج عن التفاعلات بين الذرات
أمثلة على المركبات التساهمية
تشمل الأمثلة على المركبات والعناصر التساهمية أنواعًا ثلاث هي:
- رابطة تساهمية واحدة: في الرابطة التساهمية الواحدة، تتشارك ذرتان في زوج واحد من الإلكترونات، فعلى سبيل المثال في جزيء الهيدروجين (H₂)، تتشارك كل ذرة هيدروجين إلكترونًا واحدًا مع الآخر.
- رابطة تساهمية مزدوجة: في الرابطة التساهمية المزدوجة، تتشارك ذرتان في زوجين من الإلكترونات، فعلى سبيل المثال في جزيء الأكسجين (O₂)، تتشارك كل ذرة أكسجين إلكترونين مع الأخرى.
- الرابطة التساهمية الثلاثية: في الرابطة التساهمية الثلاثية، تتشارك ذرتان في ثلاثة أزواج من الإلكترونات، فعلى سبيل المثال في جزيء النيتروجين (N₂)، تتشارك كل ذرة نيتروجين مع الأخرى بثلاثة إلكترونات.
وأما الأمثلة الشائعة للمركبات التساهمية فأبرزها الماء (H₂O)، والميثان (CH₄)، وثاني أكسيد الكربون (CO₂)، والأمونيا (NH₃)، وكلوريد الهيدروجين (HCl).
التجاذب الكهروستاتيكي بين الأيونات في المركب الأيوني قوي، مما يؤدي إلى ارتفاع درجات الانصهار والغليان
ما هو الفرق بين الرابطة الأيونية والرابطة التساهمية؟
الروابط الأيونية والروابط التساهمية نوعان مختلفان من الروابط الكيميائية التي تنتج عن التفاعلات بين الذرات. وبعد أن تعرفت على لمحةٍ سريعة على كلٍ منهما، إليكَ أبرز الاختلافات الرئيسية بين الروابط الأيونية والتساهمية بينهما:
-
مشاركة الإلكترون ونقل الإلكترون
في الرابطة الأيونية تُنقل الإلكترونات من ذرة إلى أخرى، مما يؤدي إلى تكوين الكاتيونات موجبة الشحنة والأنيونات سالبة الشحنة، ومن ثم تنجذب هذه الأيونات المشحونة بشكل معاكس إلى بعضها البعض بواسطة القوى الكهروستاتيكية لتكوين الرابطة.
أما في الرابطة التساهمية فيتم مشاركة الإلكترونات بين الذرات، وبدلاً من فقدان أو اكتساب الإلكترونات، تتشارك الذرات في زوج واحد أو أكثر من الإلكترونات من أجل تحقيق تكوين إلكتروني مستقر.
-
أنواع العناصر التي تحدث بينها الروابط
تتشكل الروابط الأيونية عادة بين المعدن والعنصر اللافلزي، إذ تميل المعادن إلى فقدان الإلكترونات لتكوين أيونات موجبة الشحنة (الكاتيونات)، بينما تميل اللافلزات إلى اكتساب الإلكترونات لتكوين أيونات سالبة الشحنة (الأنيونات)، أما الروابط التساهمية فعادةً ما تتكون بين عنصرين غير معدنيين، وذلك لأن اللافلزات لها نفس السالبية الكهربية، فتتشارك الإلكترونات بدلاً من نقلها.
-
طبيعة الترابط
تتميز الروابط الأيونية بالتجاذب الكهروستاتيكي بين الأيونات المشحونة بشكل معاكس، وهذه الروابط غير اتجاهية وتشكل بنية شبكية ثلاثية الأبعاد في المركبات الأيونية، بينما تتميز الروابط التساهمية بمشاركة أزواج الإلكترونات بين الذرات، بحيث تتمركز الإلكترونات المشتركة بين الذرات المرتبطة، ويمكن أن تكون الروابط التساهمية أحادية أو مزدوجة أو ثلاثية اعتمادًا على عدد أزواج الإلكترونات المشتركة.
-
قوة الترابط
تميل الروابط الأيونية إلى أن تكون أقوى من الروابط التساهمية، وذلك لأن التجاذب الكهروستاتيكي بين الأيونات في المركب الأيوني قوي، مما يؤدي إلى ارتفاع درجات الانصهار والغليان، بينما تختلف قوة الروابط التساهمية اعتمادًا على عوامل عدة مثل عدد أزواج الإلكترونات المشتركة وأنواع الذرات المعنية، وبشكل عام فإن المركبات التساهمية لها نقاط انصهار وغليان أقل مقارنة بالمركبات الأيونية.
-
الذوبان والموصلية
غالبًا ما تكون المركبات الأيونية قابلة للذوبان في الماء ويمكنها توصيل الكهرباء عند ذوبانها أو انصهارها بسبب وجود أيونات حرة يمكنها التحرك، وقد تكون المركبات التساهمية قابلة للذوبان في الماء وقد لا تكون، وعادةً لا توصل الكهرباء في أي حالة لأنها تفتقر إلى وجود الأيونات الحرة.
باختصار، تكمن الاختلافات الرئيسية بين الروابط الأيونية والروابط التساهمية في آليات التفاعل الإلكتروني، وأنواع العناصر المعنية، وطبيعة الترابط، وقوة الرابطة، وخصائص المركبات الناتجة.
