ما هي أنواع الروابط الكيميائية

تُشكّل الروابط الكيميائية، بتنوّع أنواعها وخصائصها المميّزة، جنبًا إلى جنب مع التفاعلات الكيميائية الديناميكية، ركيزةً أساسيةً في علم الكيمياء، حيث تُعدّ هذه الروابط بمثابة العمليات الحيوية التي تنشأ عن التصاق الذرات المتجاورة وتماسكها الوثيق في تكوين المركبات الكيميائية والبُنى البلورية الصلبة، ويحدث هذا التماسك نتيجةً لقوى الجذب الكهروستاتيكية المتبادلة بين هذه الذرات، ممّا يُفضي في نهاية المطاف إلى تشكيل مجموعة واسعة ومتنوعة من المركبات الكيميائية ذات الخصائص والتراكيب المُختلفة.

كيف تتشكل الروابط الكيميائية؟

تسعى الذرات جاهدةً للوصول إلى حالة الاستقرار، ولتحقيق هذا الهدف، تلجأ إلى تكوين الروابط الكيميائية التي تُعدّ بمثابة وسيلة فعّالة لضمان ثباتها بأفضل شكل ممكن. يتحقق هذا الاستقرار من خلال تنظيم حركة الإلكترونات الخارجية، حيث تتفاعل هذه الإلكترونات بطرق مختلفة لتشكيل الروابط.

من بين هذه الطرق، نجد مشاركة إلكترون بين ذرتين، حيث يساهم كل منهما بإلكترون لتكوين رابطة مشتركة. كما قد تتخلى ذرة عن إلكترون لصالح ذرة أخرى مجاورة، ممّا يُحدث تجاذباً بينهما يُنشئ الرابطة. وفي بعض الحالات، قد تكتسب ذرة إلكترونات من ذرة أخرى، ما يؤدي أيضاً إلى تكوين رابطة.

تُعرف الروابط الكيميائية في علم الكيمياء بأنها ظاهرة تماسك الذرات في مختلف التراكيب، سواء كانت جزيئات بسيطة أو بلورات معقدة أو غيرها من التراكيب. وتنشأ جميع هذه الروابط نتيجةً للتفاعل الديناميكي بين الإلكترونات الموجودة في الذرات. تُعتبر هذه الإلكترونات جزءاً لا يتجزأ من المدار الذري لكل ذرة، ولكن عند تكوين الرابطة، تُشكّل هذه الإلكترونات مداراً جزيئياً يجمع بين ذرتين أو أكثر، ما يُعزّز الترابط بينها.

تُعتبر القوة الكهرومغناطيسية المحرّك الرئيسي لتفاعلات الإلكترونات، حيث تتأثر الإلكترونات ذات الشحنة السالبة بنواة الذرة ذات الشحنة الموجبة، كما تتأثر الإلكترونات فيما بينها أيضاً. هذا التأثير المتبادل هو الذي يُنشئ الروابط بين الذرات، ويُفسّر بعض الخصائص الأخرى مثل المغناطيسية.

وتجدر الإشارة إلى أن الذرات تُكوّن رابطة فقط عندما تكون طاقتها بعد الارتباط أقل من طاقتها قبل الارتباط، حيث يُعتبر هذا الانخفاض في الطاقة دافعاً أساسياً لتكوين الروابط. وتتحرك الإلكترونات في الذرة والجزيئات في مستويات طاقة مُحدّدة، ما يُساهم في فهم سلوكها وتفاعلاتها.

خصائص الروابط الكيميائية

• الطول: طول الرابطة هو مسافة التوازن بين نواتي الذرتين المرتبطتين.
• الطاقة: تتعلق الطاقة بمدى قوة الرابطة وتشير الى كمية الطاقة اللازمة لفك الرابطة بين النواتين وفصلهما.
• القطبية: تعني مدى انحياز الغمامة الإلكترونية نحو إحدى الذرتين.
• الترتيب: يحدد الترتيب عدد الأزواج من الإلكترونات التي تدخل في الرابطة الكيميائية، وكلما ازداد العدد ازدادت قوة الرابط.

بماذا تتشابه الروابط الكيميائية المختلفة

• هدف الذرات الأساسي من الارتباط وتشكيل الجزيئات والمركبات هو توفير أقصى طاقة ممكنة، لأن الذرات المترابطة أكثر ثباتًا من الوحيدة.
• نوع الترابط يتحدد بسلوك الإلكترون الأبعد عن الذرة والذي يدعى إلكترون التكافؤ.
• يتوجب توفر طاقةٍ لفك ترابط الذرات أيًّا كان نوع ارتباطها.
• كل ارتباطٍ يتحدد بمقدارٍ مثاليٍّ من المسافة بين الذرات يدعى ببعد الارتباط ورمزه r0.

أنواع الروابط الكيميائية

الرابطة التساهمية

تم اكتشافها لأول مرة عام 1916 على يد الكيميائي ج. لويس حيث تحدث تلك الرابطة عندما لا يمكن للإلكترون الانتقال من ذرةٍ لأخرى بسبب فرق الكهرسلبية الكبير بين الذرتين، وتكون إما بمشاركة كلٍّ من الذرتين لإلكترونٍ بشرط أن تكون الذرتان من شحنتين مختلفتين، أو أن تقوم ذرةٌ بتقديم إلكترونٍ وبالمقابل تقوم الذرة الثانية بتقديم مدارٍ له.

• الرابطة التساهمية غير القطبية: رابطةٌ تتشكل بين ذرتين متطابقتين تكون فيها أزواج الإلكترونات على مسافةٍ واحدةٍ من نواتي الذرتين، وتتواجد في السوائل والغازات والأجسام الصلبة سريعة الذوبان.
• الرابطة التساهمية القطبية: تنشأ هذه الرابطة بين ذرتين مختلفتين بالكهرسلبية حيث لا يكون الإلكترون المشترك على مسافةٍ واحدةٍ من نواتي الذرتين بل يكون أقرب لذرة منهما، ومن أهم الأمثلة على هذه الرابطة: الماء.

كيف نميز الرابطة الكيميائية التساهمية؟

يكفي معرفة خصائص وتركيبة العنصر لمعرفة ما إذا كانت الروابط روابطَ تساهميةً، وما إذا كانت قطبيةً أم غير قطبيةٍ؛ فإذا كان المركب من عناصرَ متطابقةٍ كانت الروابط تساهميةً غير قطبيةٍ، وإذا كان من عناصرَ مختلفةٍ كان العكس. كما أن الروابط التساهمية لا يمكن أن تتواجد في المركبات المعدنية بسبب طريقة تشكل هذه الروابط.

الروابط الكيميائية الأيونية

تنشأ هذه الروابط عندما تكون قوى الجذب الكهربائية المشتركة بين أيونين من شحنتين مختلفتين، وتتسم هذه الروابط الكيميائية الأيونية بالبساطة بحيث يدخل فيها ذرة واحدة فقط من المادة، ويتميز هذا النوع من الروابط بعدم إشباع المدار الأخير مما يسمح لعددٍ متغيرٍ من الأيونات بالاقتراب من أيون أو مجموعة أيونات تخالفها بالشحنة.

الرابطة الهيدروجينية

تنتج طبيعة وخصائص هذه الرابطة عن قدرة ذرة الهيدروجين H على صنع رابطة جديدة ناتجة عن خصائص قوى الكهرباء الساكنة، فعلى سبيل المثال سحب الإلكترون في جزيء من فلوريد الهيدروجين منحازة بشكلٍ كبيرٍ نحو الفلور مما يجعل الفضاء حول ذرة هذا المكون مشبعةً بحقلٍ كهربائيٍّ سالب الشحنة، بينما حول ذرة الهيدروجين المحرومة من إلكترونها الوحيد تكون الأمور بالعكس تمامًا فحقل الإلكترون حولها ضعيفٌ جدًا، ونتيجةً لهذا تكون الشحنة فيها موجبةً مما يسبب تجاذب الشحنتين الموجبة والسالبة وتشكل رابطة هيدروجينية.

الرابطة المعدنية

الرابطة المعدنية هي الرابطة التي تجمع الذرات فيما بينها داخل المعادن، والفارق بينها وبين الروابط السابقة هي أن الإلكترون فيها لا يتشارك بين ذرتين فقط بل يطوف بحريةٍ خلال نسيجٍ من نوى المعدن، مما يعطي للمعدن العديد من الخصائص المميزة مثل نقل الحرارة والكهرباء، درجة انصهار عالية وقدرة كبيرة على التحمل.

ويحدث هذا النوع من الروابط عندما تتم مشاركة إلكترونات التكافؤ في ذرات المعدن مع أكثر من ذرةٍ مجاورةٍ، ليصبح المعدن عندها نسيج من الأيونات الموجبة تغطيها سحابة من الإلكترونات التي تبقي الأيونات قريبةً من بعضها مهما تنافرت بسبب الشحنة السالبة لتلك للسحابة.