الترابط التساهمي وهياكل لويس

بالمقارنة مع الروابط الأيونية، التي تنتج عن انتقال الإلكترونات بين الذرات المعدنية وغير المعدنية ، تنتج الروابط التساهمية من الجذب المتبادل للذرات من أجل زوج “مشارَك” من الإلكترونات.  

تتشكل الروابط التساهمية بين ذرتين عندما يكون لكل منهما ميول متشابهة لجذب الإلكترونات إلى ذرتين (أي عندما يكون لكلتا الذرتين طاقات تأين متطابقة أو متشابهة إلى حد ما وانتماءات إلكترونية).  

الخصائص الفيزيائية للمركبات التساهمية

تظهر المركبات التي تحتوي على روابط تساهمية خصائص فيزيائية مختلفة عن المركبات الأيونية. نظراً لأن التجاذب بين الجزيئات المحايدة كهربائياً أضعف من التجاذب بين الأيونات المشحونة كهربائياً، فإن المركبات التساهمية لها عموماً نقاط انصهار وغليان أقل بكثير من المركبات الأيونية. في الواقع، العديد من المركبات التساهمية عبارة عن سوائل أو غازات في درجة حرارة الغرفة، وفي حالتها الصلبة، تكون عادةً أكثر ليونة من المواد الصلبة الأيونية. علاوة على ذلك، في حين أن المركبات الأيونية هي موصلات جيدة للكهرباء عند إذابتها في الماء، فإن معظم المركبات التساهمية تكون غير قابلة للذوبان في الماء؛ نظراً لكونها محايدة كهربائياً، فهي موصلة رديئة للكهرباء في أي حالة.

تكوين الروابط التساهمية

غالباً ما تشكل الذرات اللافلزية روابط تساهمية مع ذرات غير معدنية أخرى. على سبيل المثال ، يحتوي جزيء الهيدروجين، H₂، على رابطة تساهمية بين ذرتي الهيدروجين. تقترب ذرتا هيدروجين منفصلتان مع طاقة كامنة معينة من بعضهما البعض، وتبدأ مدارات التكافؤ (1s) بالتداخل. ثم تتفاعل الإلكترونات المفردة في كل ذرة هيدروجين مع كلتا النوى الذرية، وتحتل الفراغ حول كلتا الذرتين. تعمل الجاذبية القوية لكل إلكترون مشترك لكلا النوى على استقرار النظام ، وتقل الطاقة الكامنة مع انخفاض مسافة الرابطة. إذا استمرت الذرات في الاقتراب من بعضها البعض، تبدأ الشحنات الموجبة في النواتين في التنافر، وتزداد الطاقة الكامنة. يتم تحديد طول الرابطة من خلال المسافة التي يتم عندها الوصول إلى أدنى طاقة محتملة.

من الضروري أن نتذكر أنه يجب إضافة الطاقة لكسر الروابط الكيميائية (عملية ماصة للحرارة) ، بينما يؤدي تكوين روابط كيميائية إلى إطلاق الطاقة (عملية طاردة للحرارة). في حالة H ₂، تكون الرابطة التساهمية قوية جداً؛ يجب إضافة كمية كبيرة من الطاقة، 436 كيلو جول، لكسر الروابط في مول واحد من جزيئات الهيدروجين وتسبب انفصال الذرات:

على العكس من ذلك، يتم إطلاق نفس القدر من الطاقة عندما يتكون مول واحد من جزيئات H₂ من مولين من ذرات H:

هياكل لويس

يمكن استخدام رموز لويس للإشارة إلى تكوين الروابط التساهمية، والتي تظهر في تراكيب لويس، والرسومات التي تصف الترابط في الجزيئات والأيونات متعددة الذرات. على سبيل المثال، عندما تشكل ذرتان من الكلور جزيء كلور، فإنهما يشتركان في زوج واحد من الإلكترونات:

تشير بنية لويس إلى أن كل ذرة Cl بها ثلاثة أزواج من الإلكترونات غير مستخدمة في الترابط (تسمى أزواجاً وحيدة) وزوجاً مشتركاً من الإلكترونات (مكتوباً بين الذرات). يستخدم الخط الفاصل (أو الخط) أحياناً للإشارة إلى زوج مشترك من الإلكترونات:  Cl—Cl.

• يسمى زوج واحد مشترك من الإلكترونات رابطة واحدة. تتفاعل كل ذرة Cl مع ثمانية إلكترونات تكافؤ: ستة في الأزواج المنفردة واثنان في الرابطة الواحدة.
• ومع ذلك، قد يحتاج زوج من الذرات إلى مشاركة أكثر من زوج واحد من الإلكترونات من أجل تحقيق الثمانية المطلوبة. تتكون الرابطة المزدوجة عندما يتشارك زوجان من الإلكترونات بين زوج من الذرات، كما هو الحال بين ذرات الكربون والأكسجين في CH₂O (الفورمالديهايد) وبين ذرتي الكربون في C₂H₄ (إيثيلين). 
  
• تتشكل الرابطة الثلاثية عند مشاركة ثلاثة أزواج من الإلكترونات بواسطة زوج من الذرات ، كما هو الحال في أول أكسيد الكربون (CO) وأيون السيانيد (CN–).
  

يمكن استخدام الجدول الدوري للتنبؤ بعدد إلكترونات التكافؤ في الذرة وعدد الروابط التي سيتم تشكيلها للوصول إلى ثماني بتات. ملأت عناصر المجموعة 18 مثل الأرجون والهيليوم تكوين الإلكترون ونادراً ما تشارك في الترابط الكيميائي. ومع ذلك، فإن ذرات المجموعة 17، مثل البروم أو اليود، تحتاج فقط إلى إلكترون واحد للوصول إلى المجموعة الثمانية. ومن ثم يمكن للذرات التي تنتمي إلى المجموعة 17 أن تشكل رابطة تساهمية واحدة. تحتاج ذرات المجموعة 16  إلى إلكترونين للوصول إلى المجموعة الثمانية; لذلك يمكن تكوين رابطتين تساهمية. وبالمثل، يحتاج الكربون الذي ينتمي إلى المجموعة 14 إلى 4 إلكترونات أخرى للوصول إلى المجموعة الثمانية;&nbspوبالتالي يمكن للكربون تكوين أربع روابط تساهمية.

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Section 7.2: Covalent Bonds and Openstax, Chemistry 2e, Section 7.3: Lewis Symbols and Structures.