پیوند چندگانه: وقتی اتمها بیش از یک جفت الکترون به اشتراک میگذارند
پیوند شیمیایی: از یگانه تا چندگانه
همهٔ مواد از اتم ساخته شدهاند. اتمها دوست دارند مانند گازهای نجیب، لایهٔ ظرفیت خود را پر کنند تا پایدار شوند. یک راه برای این کار، اشتراکگذاری الکترون۲ با اتم دیگر است. به این پیوند، پیوند کووالانسی۳ میگویند. سادهترین نوع این پیوند، پیوند یگانه۴ است که در آن فقط 1 جفت الکترون اشتراکی وجود دارد. مثلاً در مولکول گاز متان ($CH_4$)، اتم کربن با چهار اتم هیدروژن، پیوند یگانه دارد.
اما گاهی اتمها برای پر کردن لایهٔ ظرفیت خود نیاز دارند الکترونهای بیشتری به اشتراک بگذارند. وقتی دو اتم، 2 یا 3 جفت الکترون مشترک داشته باشند، به ترتیب پیوند دوگانه۵ و پیوند سهگانه۶ تشکیل میدهند. به این دو نوع، پیوند چندگانه میگویند.
انواع پیوند چندگانه و شناسایی آنها
پیوندهای چندگانه را میتوان بر اساس تعداد جفت الکترونهای اشتراکی و شکل آنها دستهبندی کرد. این جدول به مقایسهای ساده کمک میکند:
| نوع پیوند | تعداد جفت الکترون اشتراکی | نماد خطی (ساختار لوویس) | مثال روزمره | استحکام نسبی |
|---|---|---|---|---|
| پیوند یگانه (تکپیوند) | 1 | یک خط ( — ) | گاز متان در اجاق گاز ($CH_4$) | ضعیفترین |
| پیوند دوگانه | 2 | دو خط موازی ( = ) | گاز دیاکسید کربن ($CO_2$) | متوسط |
| پیوند سهگانه | 3 | سه خط موازی ( ≡ ) | گاز نیتروژن موجود در هوا ($N_2$) | قویترین |
همانطور که در جدول دیدیم، پیوند سهگانه قویتر از پیوند دوگانه و پیوند دوگانه قویتر از پیوند یگانه است. اما یک نکتهٔ جالب وجود دارد: طول پیوند۷. هرچه تعداد پیوندها بین دو اتم بیشتر باشد، آن دو اتم مجبورند نزدیکتر به هم قرار بگیرند تا بتوانند آن همه الکترون را نگه دارند. بنابراین طول پیوند سهگانه از دوگانه و طول پیوند دوگانه از یگانه کمتر است. به زبان ساده، اتمهای متصل با پیوند سهگانه، مثل دو دوست صمیمی هستند که خیلی به هم چسبیدهاند!
پیوند چندگانه در دنیای اطراف ما: از لاستیک تا لایه اُزون
شاید فکر کنید این مفاهیم فقط در کتاب شیمی وجود دارد. اما پیوندهای چندگانه نقش بسیار مهمی در مواد روزمرهای که استفاده میکنیم، بازی میکنند.
لاستیک و لاستیک دوچرخه: مولکولهای تشکیلدهندهی لاستیک طبیعی (مانند لاستیک پاککن یا تایر) دارای پیوند دوگانه هستند. این پیوندهای دوگانه به مولکولها اجازه میدهند که تحت فرآیندی به نام ولکانیزاسیون۸ قرار بگیرند. در این فرآیند، با افزودن گوگرد و حرارت، بین زنجیرههای مولکولی پیوندهای جدیدی ایجاد میشود که باعث میشود لاستیک کشسان، محکم و بادوام شود. بدون این پیوندهای دوگانه، لاستیک نرم و چسبنده بود و به راحتی پاره میشد.
لایه محافظ اُزون: بالای سر ما در استراتوسفر، لایه مهمی به نام لایه اُزون وجود دارد که مانند یک عینک آفتابی غولپیکر، زمین را از اشعههای مضر خورشید محافظت میکند. مولکول اُزون ($O_3$) ساختاری جالب دارد. در این مولکول، بین اتمهای اکسیژن یک پیوند دوگانه و یک پیوند یگانه وجود دارد که به طور متناوب جابجا میشوند. این ساختار ویژه به مولکول اُزون خاصیت واکنشپذیری میدهد تا بتواند اشعه ماوراءبنفش را جذب و خنثی کند.
رنگها و عطرها: بسیاری از رنگدانههای طبیعی و مصنوعی و همچنین مولکولهای معطر، دارای زنجیرهها یا حلقههای اتم کربنی با پیوندهای دوگانه متناوب هستند. این آرایش خاص به نام پیوندهای مزدوج۹، باعث میشود که این مولکولها نور مرئی را جذب کنند و به چشم ما رنگی به نظر برسند یا بوی خاصی داشته باشند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: در سطح پایه نهم، معمولاً فقط با پیوندهای یگانه، دوگانه و سهگانه سر و کار داریم. پیوندهای چهارگانه بین اتمها بسیار نادر و پیچیده هستند و در شیمی پیشرفتهتر بررسی میشوند. بنابراین فعلاً میتوانیم بگوییم رایجترین پیوندهای چندگانه، دوگانه و سهگانه هستند.
پاسخ: بله، از نظر انرژی لازم برای شکستن آن، پیوند دوگانه قویتر از دو پیوند یگانه جدا از هم است. اما یک پیوند دوگانه را نمیتوان به سادگی به دو پیوند یگانه تبدیل کرد. این کار نیاز به انرژی و شرایط خاص شیمیایی دارد.
پاسخ: خیر، این یک اشتباه رایج است. خط دوگانه یا سهگانه فقط بین همان دو اتم کشیده میشود و نشاندهنده تعداد جفت الکترونهای اشتراکی بین آن دو است. مثلاً در $O=C=O$ (دیاکسید کربن)، همچنان فقط ۳ اتم وجود دارد: یک اتم کربن در وسط و دو اتم اکسیژن در دو طرف که هرکدام با کربن یک پیوند دوگانه دارند.
پاورقی
۱ Multiple Bond (پیوند چندگانه)
۲ Electron Sharing
۳ Covalent Bond
۴ Single Bond
۵ Double Bond
۶ Triple Bond
۷ Bond Length: فاصله بین هستههای دو اتم متصل به هم.
۸ Vulcanization: فرآیند گرم کردن لاستیک با گوگرد برای بهبود استحکام و کشسانی.
۹ Conjugated Bonds: به آرایشی از پیوندهای یگانه و دوگانه متناوب در یک مولکول گفته میشود که بر خواص آن تأثیر ویژه میگذارد.
