پیوند اشتراکی: نیروی نگهدارنده جهان مولکولی
پیوند اشتراکی چیست و چگونه تشکیل میشود؟
اتمهای تنها و نیاز آنها به همراه
همه اتمها دوست دارند مانند گازهای نجیب2، لایه آخر الکترونی خود را کامل کنند تا به پایداری برسند. اتمهای نافلزات (مانند اکسیژن، کربن، نیتروژن) برای رسیدن به این آرایش پایدار، معمولاً نمیتوانند الکترون از دست بدهند یا بگیرند (چون این کار به انرژی زیادی نیاز دارد). بنابراین، راه حلی هوشمندانه را انتخاب میکنند: اشتراکگذاری الکترون. به این شکل که هر اتم، یک یا چند الکترون از لایه ظرفیت3 خود را با اتم دیگر به اشتراک میگذارد. این جفت (یا جفتهای) الکترون مشترک، مانند چسبی قدرتمند، دو اتم را به یکدیگر متصل کرده و یک مولکول میسازند.
انواع پیوند اشتراکی: از ساده تا پیچیده
پیوندهای اشتراکی بر اساس تعداد جفت الکترونهای مشترک بین اتمها به دستههای مختلفی تقسیم میشوند. این تقسیمبندی به ما کمک میکند خواص مواد مختلف را بهتر درک کنیم.
| نوع پیوند | تعداد جفت الکترون مشترک | نماد | مثال ملموس | شدت پیوند |
|---|---|---|---|---|
| پیوند یگانه4 | 1 جفت | $H-H$ یا $H:Cl$ | گاز متان در اجاق گاز ($CH_4$) | ضعیفتر |
| پیوند دوگانه5 | 2 جفت | $O=O$ | گاز اکسیژنی که تنفس میکنیم ($O_2$) | متوسط |
| پیوند سهگانه6 | 3 جفت | $N \equiv N$ | گاز نیتروژن موجود در هوا ($N_2$) | قویتر |
پیوند اشتراکی در خانه، بدن و طبیعت اطراف ما
شاید باور نکنید، اما پیوند اشتراکی تقریباً در همه چیزهایی که میبینید و استفاده میکنید حضور دارد. در ادامه با چند مثال آشنا شوید:
۱. آب آشامیدنی ($H_2O$): این مولکول حیاتی از پیوند اشتراکی بین یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن ساخته شده است. اکسیژن برای کامل کردن لایه آخر خود به 2 الکترون نیاز داشت و هر هیدروژن به 1 الکترون. بنابراین، اتم اکسیژن با هر هیدروژن یک جفت الکترون مشترک تشکیل میدهد (دو پیوند یگانه).
۲. قند و شکر: مولکولهای شیرینکنندهای مثل گلوکز، شبکهای پیچیده و بزرگ از اتمهای کربن، هیدروژن و اکسیژن هستند که همگی با پیوندهای اشتراکی به هم متصل شدهاند. کربن، قهرمان این میدان است چون میتواند چهار پیوند اشتراکی با اتمهای دیگر تشکیل دهد و اسکلت اصلی این مولکولهای آلی7 را بسازد.
۳. الیاف پلاستیکی و پارچههای نایلونی: این مواد مصنوعی نیز از زنجیرههای بلند مولکولی ساخته میشوند که واحدهای سازنده آنها با پیوند اشتراکی به هم چسبیدهاند. استحکام این مواد نیز به دلیل استحکام خود پیوندهای اشتراکی بین اتمهای کربن و دیگر عناصر است.
چند اشتباه رایج و پرسش مهم
پاسخ: خیر. پیوند اشتراکی میتواند بین اتمهای مختلف نافلز نیز به راحتی تشکیل شود. مثال بارز آن مولکول آب ($H_2O$) است که از پیوند هیدروژن (نافلز) و اکسیژن (نافلز) به وجود میآید. به پیوند بین اتمهای مختلف نافلز، پیوند کووالانسی ناقطبی8 یا کووالانسی قطبی9 میگویند.
پاسخ: معمولاً خیر. زیرا در این مواد، الکترونها بین اتمهای مشخصی محبوس شده و به راحتی در کل ماده جریان نمییابند. به همین دلیل، پلاستیک، چوب، شیشه و نفت که عموماً از مولکولهای کووالانسی ساخته شدهاند، نارسانا هستند. البته استثناهایی مانند گرافیت (مغز مداد) وجود دارد.
پاسخ: نقطه ذوب و جوش این مواد نسبت به ترکیبات یونی (مانند نمک خوراکی) معمولاً پایینتر است. زیرا نیروی جاذبه بین مولکولهای مجزا (نیروی بین مولکولی) ضعیفتر از نیروی جاذبه قوی بین یونهای مثبت و منفی در شبکه یونی است. به همین دلیل است که آب در 100 درجه سانتیگراد میجوشد، اما ذوب شدن نمک خوراکی به دمای بسیار بالاتری نیاز دارد.
پاورقی
1 پیوند اشتراکی (Covalent Bond)
2 گازهای نجیب (Noble Gases): عناصر گروه هجدهم جدول تناوبی که لایه آخر الکترونی آنها کامل است و بسیار پایدارند. مانند هلیوم و نئون.
3 لایه ظرفیت (Valence Shell): آخرین لایه الکترونی یک اتم که الکترونهای آن در تشکیل پیوند شرکت میکنند.
4 پیوند یگانه (Single Bond)
5 پیوند دوگانه (Double Bond)
6 پیوند سهگانه (Triple Bond)
7 مواد آلی (Organic Compounds): ترکیباتی که اساساً از اتم کربن و هیدروژن ساخته شدهاند.
8 پیوند کووالانسی ناقطبی (Nonpolar Covalent Bond): هنگامی که الکترونهای مشترک به طور مساوی بین دو اتم به اشتراک گذاشته میشوند (معمولاً بین اتمهای یکسان).
9 پیوند کووالانسی قطبی (Polar Covalent Bond): هنگامی که الکترونهای مشترک به طور نابرابر بین دو اتم متفاوت به اشتراک گذاشته میشوند (مانند مولکول آب).
