مشاهدة النسخة كاملة : أشكال المركبات الجزيئية


ta3lime
05-07-2010, 04:53 PM
حصـــ ~ أشكال المركبات الجزيئية ~ ــريا
إذا ربطت جسمين كرويين ببعضهما فإن شكلاً واحداً ينتج عنهما؛ إذ سيقع مركزي الجسمين على خط واحد، كما في الشكل ( 2-13/أ). لكن ارتباط ثلاثة أجسام كروية يعطي عدداً من الأشكال، منها ما تقع فيه مراكز الأجسام على خط واحد، ومنها ما تكون فيه زوايا بين الروابط، كما في الشكل (2-13/ ب، جـ) وقد تكون الزاوية صغيرة أو كبيرة. وهناك عدد لا يحصى من الأشكال غير الخطية، ولكل منها زاوية معينة بين الروابط، وفي هذه الأشكال جميعها تقع مراكز الأجسام في مستوى واحد.
http://www.elearning.jo/datapool/books/1000614/itg01-ch11-98a.jpg
الشكل (2-13): الأِشكال الناتجة من ربط أ- جسمين كرويين ب،جـ- ثلاثة أجسام كروية.‏


http://www.elearning.jo/datapool/books/1000614/ch11-14-2.jpg
الشكل (2-14): بعض الأشكال لأربع أجسام كروية مرتبطة ببعضها.
وتزداد الأشكال التي يمكن الحصول عليها بازدياد عدد الأجسام التي تشكلها، فإذا زاد عدد الأجسام عن ثلاثة أصبح بالإمكان بناء أشكال مجسمة لا تنحصر فيها الأجسام في مستوى واحد، بل يمكن توزيعها في الفراغ في أكثر من مستوى. أنظر الشكل (2-14).

النشاط (2-3): النماذج
احضر كرات واربطها بأسلاك لتمثل بعض الأشكال المشار إليها في الشكلين (2-13) و (2-14).

تلاحظ مما سبق أن ارتباط الذرات ببعضها ينتج أشكالاً محددة تعتمد على عدد الذرات وعلى طريقة ترابطها.
سؤال
كل الرسوم الآتية لا تصلح لتمثيل جزيء الميثانول الذي صيغته CH 4O
http://www.elearning.jo/datapool/books/1000614/ch11-99a.jpg
بين سبب ذلك واقترح رسماً مقبولاً. هل يُظهر الرسم الذي اقترحته توزيع الذرات في الفراغ.

1-


http://www.elearning.jo/datapool/books/1000614/itg01-ch11-99.jpg
الشكل (2-15): أشكال متعددة من المادة نفسها.الأشكال تدل على الصفات
يمكن صنع أشياء ذات أشكال مختلفة من مادة واحدة، ولكل منها استخدامات وصفات تعتمد على شكله، فمصنع البلاستيك – مثلاً – يصنع من مادة بلاستيكية واحدة أشياء متعددة لكل منها شكل واستخدام؛ فقد يصنع منها أنابيب أو خيوطاً أو شفافيات أو شرائح أو صناديق أو ألعاباً؛ أنظر الشكل (2-15).
وكذلك الحال بالنسبة إلى جزيئات المواد؛ فأشكالها تقرر سلوكها.
فالكحول الإيثيلي (إيثانول) والإيثر مادتان عضويتان تختلفان اختلافاً كبيراً في صفاتهما، علماً بأن جزيئات كل منهما تحتوي على نوع وعدد الذرات نفسها؛ فالصيغة الكيميائية لكل منهما هي C 2H 6O. ويعود اختلاف صفات المادتين (كاختلاف درجة الغليان) إلى اختلاف أشكال جزيئاتهما:
http://www.elearning.jo/datapool/books/1000614/ch11-100a.jpg
والاختلافات التي يبرزها الرسمان السابقان للجزيئات غير قليلة، فهيكلي الجزيئين مختلفان؛ ففي الأول ترتبط بالأكسجين ذرتا كربون، وفي الثاني ترتبط بالأكسجين ذرة كربون واحدة، ورابطة الأكسجين الثانية هي مع الهيدروجين.
يتبين من المثال السابق أهمية الأشكال التي تأخذها جزيئات المواد، وعلاقتها بصفات تلك المواد. وهذه الأهمية تعكسها الأعمال والدراسات التي يقوم بها الكيميائيون، فأهم مجالات البحث والدراسة في الكيمياء هي تعرف أشكال جزيئات المركبات، فإذا عرف شكل الجزيء أمكن التنبؤ بصفات المادة، وأمكن بناؤها وتحضيرها من مواد أخرى.
2- الصيغة الجزيئية للمادة
ليس بالإمكان معرفة شكل أي جزيء دون معرفة الذرات المكونة له وعدد كل نوع منها؛ فالتحاليل الكيميائية التي توصل إلى معرفة أنواع الذرات وأعدادها في الجزيئات هي من أوائل الأعمال التي تجى لدراسة أشكال الجزيئات، ولهذه الغاية يقوم الكيميائي بالأعمال الآتية:
أ- التحليل الوصفي لمعرفة الذرات المكونة للجزيئات.
ب- التحليل الكمي لمعرفة نسبة كل عنصر في الجزيء.
جـ- تعيين الكتلة الجزيئية (الكتلة المولية).
وتؤدي هذه الأعمال إلى معرفة الصيغة الجزيئية للمادة؛ فالتحليل الوصفي للماء – مثلاً – يبين أنه مكون من الهيدروجين والأكسجين، والتحليل الكمي يبين أن نسبة ذرات الهيدروجين إلى الأكسجين هي 2 : 1 ، وتعيين كتلته الجزيئية يعطي قيمة هي 18.02 وحدة كتلة ذرية؛ وهي كتلة ذرتين من الهيدروجين وذرة من الأكسجين وكل هذا يبين أن الصيغة الجزيئية للماء هي H 2O .
ولتسهيل مهمتك في هذا الفصل ستتوافر لك الصيغ الجزيئية لمعظم المواد، وستسعى لمعرفة الشكل ومن ثم تمثيله بالرسم، وهذا التمثيل يعرف بالصيغة البنائية للجزيء (شكل الجزيء) إذن، فالخطوة الأولى لمعرفة الصيغة البنائية هي معرفة الصيغة الجزيئية.
3-
الذرة المركزية وأشكال الجزيئات
يتم تحديد ما يعرف بالذرة المركزية في الجزيء، بالنظر إلى الصيغة الجزيئية وبالرجوع إلى إلكترونات مستوى الطاقة الأخير لتلك الذرة (مجموعة العنصر في الجدول الدوري)؛ فذرة النتروجين في جزيء الأمونيا NH 3 ترتبط مع ثلاثة ذرات من الهيدروجين؛ أي يكون النتروجين في الأمونيا ثلاث روابط. والكربون في مركب رابع كلوريد الكربون CCl4 يرتبط مع 4 ذرات كلور؛ أي يكون 4 روابط، وتدعى كل من ذرة N، C في المركبين السابقين بالذرة المركزية.

سؤال
بالنظر إلى الصيغة الجزيئية، وبالرجوع إلى موقع العنصر في الجدول الدوري، أملأ الفراغات التي تخص الذرة المركزية في الجدول الآتي:

الصيغة الجزيئية
الذرة المركزية
مجموعة الذرة في الجدول الدوري
عدد إلكترونات مستوى الطاقة الأخير
عدد الذرات المرتبطة بالذرة المركزية
عدد إلكترونات المستوى الأخير للذرة بعد تكوين الروابط
H 2O
CO 2
PH 3
BCl 3
BeF 2





يتبين لك من الأمثلة السابقة أن الذرة المركزية هي الذرة التي يرتبط بها (يحيط بها) أكبر عدد من الذرات في الجزيء. وهذا العدد من الذرات المحيطة بالذرة المركزية يتناسب مع عدد الروابط المشتركة الممكنة لها.
ولعلك لاحظت أن عدد الذرات المحيطة بالذرة المركزية لا يساوي عدد أزواج الإلكترونات المشتركة دائماً؛ ففي جزيء CO 2تحيط بذرة الكربون (الذرة المركزية) ذرتا أكسجين، لكن عدد أزواج الإلكترونات المشتركة هو أربعة أزواج.
سؤال
أي العبارات الآتية صحيحة بخصوص عدد الذرات المرتبطة بالذرة المركزية:
أ- قد يتساوى عدد الذرات بعدد أزواج الإلكترونات المشتركة.
ب- قد يقل عدد الذرات عن عدد أزواج الإلكترونات المشتركة.
جـ- قد يزيد عدد الذرات على عدد أزواج الإلكترونات المشتركة.


http://www.elearning.jo/datapool/books/1000614/itg01-ch11-102a.jpg الشكل (2-16): تعدد أشكال الجزيئات. إن معرفتك لعدد الذرات المرتبطة بالذرة المركزية يمهد لك الطريق لمعرفة شكل الجزيء وتمثيله بالرسم. فالجزيء المكون من ذرتين لن يكون إلا خطياً ، أي أن مركزي ذرتيه تقع على خط واحد، والجزيء المكون من ثلاث ذرات قد يكون خطياً، وقد يكون غير خطي، لكن مراكز ذراته تكون في مستوى واحد فقط. والجزيء المكون من 4 ذرات – واحدة مركزية وثلاث محيطة بها – قد تكون ذراته في مستوى واحد أو أكثر، ولن تكون على خط واحد. وكذلك الحال بالنسبة إلى الجزيء المكون من أكثر من 4 ذرات واحدة منها مركزية؛ انظر الشكل (2-16).
وعندما تتعدد الأشكال التي يمكن أن تنتج من وجود عدد معين من الذرات حول الذرة المركزية تواجه بالحاجة إلى تحديد الشكل الأصح (الأنسب). فما المعايير التي تحكم بها على شكل ما أنه الأصح؟ وما مواصفات هذا الشكل ؟ وما الشروط التي يجب أن يحققها؟
المعيار (الشرط) البديهي – الذي تتوقعه – هو أن يتفق شكل الجزيء مع صفات المادة المعروفة. كما درست سابقاً.
وهناك شرط آخر يجب تحقيقه في الشكل يمثل الجزيء يختص بطاقة التجزيء، فأنت تعلم أن الذرات تتجمع وترتبط ببعضها في جزيئات لكي تصل إلى وضع تكون فيه طاقتها أقل ما يمكن، فكلما انخفضت الطاقة ازداد الثبات، لذا يتوجب أن يظهر الشكل الذي تمثله لجزيئات مادة ما، درجة ثبات تلك المادة. والطاقة المنخفضة – ومن ثم الثابت – تنتج من التجاذب الأكثر بين الذرات والتنافر الأقل بينها، لذا تتوزع الذرات في الجزيء في شكل – بناء- يمثل أقصى تجاذب ممكن وأقل تنافر ممكن بين الإلكترونات.
ويتحقق ذلك بأن تأخذ الجزيئات شكلاً تكون فيه الزوايا بين الروابط في الجزيئات أكبر ما يمكن.
سؤال
أي تمثيل من بين الرسوم الآتية يمثل أدنى طاقة لجزيء مكون من ثلاث ذرات؟ وأيها يمثل أقصى طاقة؟

http://www.elearning.jo/datapool/books/1000614/ch11-102a.jpg

أ-أشكال جزيئات تتكون من ثلاث ذرات: يتبين لك مما ورد سابقاً أن الشكل الأكثر ثباتاً للجزيء المكون من ثلاث ذرات هو الشكل الخطي الذي يجعل الزاوية بين الروابط أكبر ما يمكن، وهي 180‏ْ ، وهذا ما يجعل جزيء CO 2 يأخذ شكلاً خطياً؛ أنظر الشكل (2 -17/أ) وينطبق الشيء نفسه على جزيء BeCl 2، في الحالة الغازية، ارسم شكلاً له.
http://www.elearning.jo/datapool/books/1000614/itg01-ch11-103.jpg‏الشكل(2-17): أ- شكل جزيء CO 2 ب- شكل جزيء H 2O
ومن المتوقع بناء على ما سبق أن يكون شكل جزيء الماء خطياً، ولكن تبين بالتجربة أن جزيء الماء ليس خطياً، وأن الزاوية بين الرابطتين فيه هي 104.5°، انظرْ الشكل (2-17/ب)؛ فلماذا لا يكون خطياً كجزيء CO2 ؟
للتوصل إلى الشكل المناسب لأي جزيء لا يكفي أن تحدد عدد الذرات المرتبطة بالذرة المركزية وعليك أن تأخذ في الأهمية أزواج الإلكترونات غير المشتركة في الروابط والتي توجد في مستوى الطاقة الأخير للذرة المركزية، فالأكسجين في جزيء الماء يحتوي على زوجين من الإلكترونات غير الرابطة (شكل 2-17/ب) وهذان الزوجان من الإلكترونات في ذرة الأكسجين سيحتلان حيزاً وسيتنافران مع الإلكترونات المرتبطة؛ لذا تعدهما مع الذرات المرتبطة عندما ترغب في معرفة عدد الأشياء المحيطة بالذرة المركزية. ولذلك يكون شكل جزيء الماء منحنياً.
أما في جزيء CO2، تجد أن ذرة الكربون فيه لا تحمل أزواجاً من الإلكترونات غير الرابطة في مستوى طاقتها الأخير؛ لذا فعدد الأشياء حول الذرة المركزية هو اثنان، وأفضل توزيع هو الذي يضعهما على خط واحد مع الذرة المركزية، وكذلك بالنسبة لجزيء BeCl2.

سؤال
ما الشكل المتوقع لكل من : H 2S، BeF 2 .

ب-أشكال جزيئات تتكون من أربع ذرات: قد تتوزع ذرات جزيئات مكونة من أربع ذرات – إحداهما ذرة مركزية – في مستوى واحد، أو في أكثر من مستوى، فما الشكل الأنسب لها؟
عرفت أن الشكل الأنسب هو الذي يمثل الطاقة الأقل، ويتحقق ذلك عندما تكون الزوايا بين الروابط أكبر ما يمكن، وهي هنا ‏°120‏؛ ولن يتم ذلك إلا إذا كانت مراكز الذرات الأربع في مستوى واحد، ويمكنك التحقق من صحة ذلك بإجرائك النشاط الآتي:


النشاط (2-4): أشكال الجزيئات

امسك بفوهات ثلاثة بالونات منفوخة؛ كما في الشكل أدناه، واسمح لها بالابتعاد عن بعضها، لتشكل أكبر زاوية ممكنة.
أ- ما مقدار زاوية.
ب- هل تشكل البالونات مستوى واحداً أم أكثر؟
http://www.elearning.jo/datapool/books/1000614/itg01-ch11-104a.jpg
ثلاثة بالونات مراكز الذرات في مستوى واحد شكل جزيء BCl3


ويطلق على هذا الشكل مثلث متساوي الأضلاع (مثلث مسطح) ومن الجزيئات البارزة التي ينطبق عليها الشكل السابق http://www.elearning.jo/datapool/books/1000614/itg01-ch11-104b.jpgجزيئات BCl 3؛ فتركيب لويس لها هو وتلاحظ من هذا التركيب عدم وجود إلكترونات غير رابطة على الذرة المركزية.
ماذا عن شكل جزيء NH 3 الذي يتكون من 4 ذرات أيضاً؟
http://www.elearning.jo/datapool/books/1000614/ch11-18-2.jpg
الشكل (2-18): شكل جزيء
NH3 (هرمي الشكل).
قد تظن للوهلة الأولى أن شكله مثلث متساوي الأضلاع مثل BCl 3
ولكن تركيب لويس له http://www.elearning.jo/datapool/books/1000614/itg01-ch11-104c.jpg يظهر وجود زوج من الإلكترونات
غير الرابطة على الذرة المركزية، فالشكل المناسب له يكون هرمياً ثلاثياً، والزوايا بين الروابط 107.3‏ْ. أنظر الشكل (2-18).
سؤال
ارسم الشكل المتوقع لكل من PH 3, BF 3.

جـ-
http://www.elearning.jo/datapool/books/1000614/itg01-ch11-105.jpg
الشكل (2-19): نموذج لجزيء
الميثان CH 4أشكال جزيئات تتكون من خمس ذرات: عد إلى نشاط البالونات السابق وأضف بالوناً رابعاً، ثم ابحث عن أفضل توزيع لها في الفراغ يجعل كلاً منها أبعد ما يمكن عن البالونات الأخرى، دون أن تنفك عن بعضها؛ تجد أن البالونات يجب ألا تقع في مستوى واحد بل ستتوزع في شكل يعرف بالشكل رباعي الأوجه. ولتمثيل هذا الشكل توصل نهاية كل بالون بنقطة تلاقي فوهات البالونات مما يشكل زوايا بين الخطوط تساوي كل منها 109.5°. فالشكل رباعي الأوجه إذاً: هو الذي تكون فيه الزاوية بين الخطوط التي تصل المركز بالرؤوس الأربعة مساوية 109.5‏°.
ولتعرف سبب تسميته (رباعي الأوجه) صل الرؤوس الأربعة – ببعضها – بخطوط، وستجد أن الشكل الهندسي الذي ينتج له أربعة أوجه (سطوح), وكل سطح له ثلاثة رؤوس.
بعد تعرفك الشكل الهندسي الأنسب لتوزيع أربعة أشياء حول شيء مركزي، انظر في بعض الجزيئات التي يناسبها هذا الشكل.
أبسط الجزيئات النموذجية – التي يناسبها هذا الشكل هو جزيء الميثان CH 4 ، كما في الشكل (2-19) ويظهر تركيب لويس – لهذا الجزيء – أن ذرة الكربون المركزية محاطة (مرتبطة) بأربع ذرات هيدروجين، ولا يوجد عليها أي أزواج من الإلكترونات غير الرابطة؛ مجموع الأشياء إذاً هو أربعة، وبناء على ذلك يكون الشكل الأنسب هو رباعي الأوجه منتظم.
وقياساً على شكل الميثان، يمكنك التنبؤ بأن شكل CCl 4 سيكون أيضاً رباعي الأوجه منتظم، وكذلك، أي جزيء تكون فيه ذرة الكربون مركزية ومرتبطة بأربع ذرات.

سؤال
ما الشكل المتوقع لجزيء CF 4 .

يتبين لك من كل ما ورد من أشكال الجزيئات أن الزوايا بين الروابط تنقص كلما ازداد عدد الذرات أو أزواج الإلكترونات التي تحيط بالذرة المركزية. وهذا أمر متوقع؛ فالأشياء تحتاج إلى حيز،وكلما زاد عددها نقص الحيز المتاح لكل منها.
الشكل (2-19): نموذج لجزيء الميثان CH 4.
سؤال
‏رتب الجزيئات الآتية حسب ازدياد الزاوية مبين الروابط حول الذرة المركزية:
CO 2، SF 6 ، BCl 3 ، PH 3

ويمكن تلخيص خطوات رسم أشكال الجزيئات على النحو الآتي:
1- تحديد الذرة المركزية.
2- رسم رمز لويس لكل ذرة؛ بالرجوع إلى الجدول الدوري لتحديد إلكترونات مستوى الطاقة الأخير.
3- رسم تركيب لويس للجزيء وحساب عدد الذرات وأزواج الإلكترونات المحيطة بالذرة المركزية.
4- استنتاج الشكل العام للجزيء.
5- تحديد الزوايا بني الروابط بناء على الشكل العام.
6- رسم تمثيل للشكل مستخدماً رموزاً للعناصر، وخطوطاً للروابط، ونقاطاً للإلكترونات غير الرابطة.
ولاستنتاج الشكل العام وتحديد الزوايا استرشد بالجدول الآتي:
عدد الذرات المكونة للجزيء
عدد أزواج الإلكترونات غير الرابطة على الذرة المركزية
مثال
الشكل العام
الزوايا بين الروابط
نموذج الشكل
3
-
BeF 2
خطي 180‏°http://www.elearning.jo/datapool/books/1000614/ch11-100b.jpg
3
2
H 2O
منحني 104.5‏°http://www.elearning.jo/datapool/books/1000614/ch11-100c.jpg
4
-
BF 3
مثلث متساوي الأضلاع 120‏°
http://www.elearning.jo/datapool/books/1000614/ch11-100d.jpg
4
1
NH 3
هرمي ثلاثي 107.3‏°http://www.elearning.jo/datapool/books/1000614/ch11-100e.jpg
5
-
CH 4
رباعي الأوجه منتظم 109.5‏°http://www.elearning.jo/datapool/books/1000614/ch11-100f.jpg

http://www.*************/up/uploads/18bdb16a31.gif (http://www.*************/up)