المحتوى
- هيكل الذرة
- أساسيات الرابطة الكيميائية
- الروابط الكيميائية والقدرة الكهربائية
- قيم النبض الكهربائي والجدول الدوري
- مزيد من العمل: الذرات السطحية
النشاط الكهربي هو مفهوم في الكيمياء الجزيئية يصف قدرة الذرات على جذب الإلكترونات لنفسها. كلما زادت القيمة العددية لذرة كهربية معينة للذرات ، كلما زادت قوة جذب الإلكترونات سالبة الشحنة نحو نواة البروتونات الموجبة الشحنة والنيوترونات (باستثناء الهيدروجين).
نظرًا لعدم وجود الذرات في عزلة وبدلاً من ذلك تشكل مركبات جزيئية عن طريق الاندماج مع ذرات أخرى ، فإن مفهوم الكهربية الإلكترونية مهم لأنه يحدد طبيعة الروابط بين الذرات. تنضم الذرات إلى ذرات أخرى من خلال عملية مشاركة الإلكترونات ، ولكن يمكن اعتبار هذه الحقيقة أكثر على أنها لعبة غير قابلة للحل من لعبة شد الحبل: تبقى الذرات مرتبطة ببعضها البعض لأنه ، بينما "لا تفوز" الذرة "، فإن جاذبيتها المتبادلة الأساسية يبقي الإلكترونات المشتركة الخاصة بهم التكبير حول بعض نقطة محددة جيدا إلى حد ما بينهما.
هيكل الذرة
تتكون الذرات من البروتونات والنيوترونات ، التي تشكل مركز أو نواة الذرات ، والإلكترونات ، التي "تدور" حول النواة بدلاً من ذلك مثل الكواكب الصغيرة جدًا أو المذنبات التي تدور بسرعات جنونية حول أشعة الشمس الصغيرة. يحمل البروتون شحنة موجبة قدرها 1.6 × 10-19 coulombs ، أو C ، في حين أن الإلكترونات تحمل شحنة سالبة بنفس الحجم. عادة ما يكون للذرات نفس عدد البروتونات والإلكترونات ، مما يجعلها محايدة كهربائيا. للذرات عادة نفس العدد تقريبا من البروتونات والنيوترونات.
يتم تعريف نوع معين أو مجموعة متنوعة من الذرة ، تسمى عنصر ، بعدد البروتونات التي لديها ، ويسمى العدد الذري لهذا العنصر.يحتوي الهيدروجين ، برقم ذري واحد ، على بروتون واحد ؛ اليورانيوم ، الذي يحتوي على 92 بروتون ، هو رقم 92 في الجدول الدوري للعناصر (انظر الموارد للحصول على مثال للجدول الدوري التفاعلي).
عندما تمر ذرة بتغيير في عدد البروتونات ، فإنها لم تعد العنصر نفسه. عندما تكتسب الذرة أو تخسر النيوترونات ، من ناحية أخرى ، فإنها تظل هي نفس العنصر ولكنها هي النظائر من الشكل الأصلي ، الأكثر استقرارا كيميائيا. عندما تكتسب الذرات أو تفقد الإلكترونات ولكنها تظل كما هي ، فإنها تسمى أ أيون.
الإلكترونات ، الموجودة على الحواف المادية لهذه الترتيبات المجهرية ، هي مكونات الذرات التي تشارك في الترابط مع الذرات الأخرى.
أساسيات الرابطة الكيميائية
إن حقيقة أن نواة الذرات مشحونة إيجابيا في حين أن الإلكترونات التي تهتم بالذرات على هامش هامشية ذرات سالبة تحدد الطريقة التي تتفاعل بها الذرات الفردية مع بعضها البعض. عندما تكون ذرتان متقاربتين للغاية ، فإنهم يصدون بعضهم البعض بغض النظر عن العناصر التي يمثلونها ، لأن الإلكترونات الخاصة بهم "تقابل" بعضها البعض أولاً ، وتضغط الشحنات السلبية ضد الشحنات السلبية الأخرى. نوى كل منهما ، على الرغم من أنها ليست قريبة من بعضها البعض مثل الإلكترونات ، صد أيضا بعضها البعض. عندما تكون المسافة بين الذرات كافية ، فإنها تميل إلى جذب بعضها البعض. (الأيونات ، كما سترى قريبًا ، استثناء ؛ فآيونات مشحونة موجبة ستقوم دائمًا بصد بعضها البعض ، وكذلك الأمر بالنسبة لأزواج الأيونات السالبة.) وهذا يعني أنه على مسافة توازن معينة ، توازن القوى الجذابة وطاردة ، والذرات سيبقى على هذه المسافة باستثناء ما أزعجته قوى أخرى.
يتم تعريف الطاقة المحتملة في زوج الذرة والذرة بأنها سلبية إذا كانت الذرات تنجذب لبعضها البعض وإيجابية إذا كانت الذرات حرة في الابتعاد عن بعضها البعض. على مسافة التوازن ، تكون الطاقة الكامنة بين الذرة عند أدنى قيمة لها (أي الأكثر سلبية). وهذا ما يسمى طاقة الرابطة للذرة المعنية.
الروابط الكيميائية والقدرة الكهربائية
مجموعة متنوعة من أنواع الروابط الذرية تبرز منظر الكيمياء الجزيئية. الأهم للأغراض الحالية هي الروابط الأيونية والسندات التساهمية.
ارجع إلى المناقشة السابقة حول الذرات التي تميل إلى صد بعضها البعض عن قرب بسبب التفاعل بين إلكتروناتها. ولوحظ أيضًا أن الأيونات المشحونة بالمثل تتصدى لبعضها البعض مهما كان الأمر. إذا كان لزوج من الأيونات شحنة معاكسة ، أي - إذا فقدت إحدى الذرات إلكترونًا لتولي شحنة بقيمة +1 بينما اكتسبت إلكترونًا آخر لتولي شحنة -1 - عندئذ تنجذب الذرتان بقوة لكل منهما آخر. تمحو الشحنة الصافية على كل ذرة أي تأثير طارد يمكن أن تحدثه إلكتروناتها ، وتميل الذرات إلى الارتباط. لأن هذه الروابط بين الأيونات ، فإنها تسمى الروابط الأيونية. يمثل ملح الطعام ، الذي يتكون من كلوريد الصوديوم (NaCl) وينتج عن رابطة ذرة الصوديوم المشحونة إيجابياً إلى ذرة كلور سالبة الشحنة لإنشاء جزيء محايد كهربائيًا ، هذا النوع من الرابطة.
تنتج الروابط التساهمية عن نفس المبادئ ، لكن هذه الروابط ليست قوية بسبب وجود قوى منافسة أكثر توازناً إلى حد ما. على سبيل المثال ، الماء (ح2O) لديه اثنين من رابطة تساهمية الهيدروجين الأكسجين. والسبب في تكوين هذه الروابط هو أن مدارات الإلكترون الخارجي للذرات "تريد" أن تملأ نفسها بعدد معين من الإلكترونات. هذا العدد يختلف بين العناصر ، ومشاركة الإلكترونات مع ذرات أخرى هي وسيلة لتحقيق ذلك حتى لو كان ذلك يعني التغلب على تأثيرات طاردة متواضعة. قد تكون الجزيئات التي تحتوي على روابط تساهمية قطبية ، وهذا يعني أنه على الرغم من أن شحنتها الصافية تساوي صفراً ، فإن أجزاء من الجزيء تحمل شحنة موجبة تتوازن مع الشحنات السلبية في أماكن أخرى.
قيم النبض الكهربائي والجدول الدوري
يتم استخدام مقياس بولينج لتحديد مدى كهربي لعنصر معين. (يأخذ هذا المقياس اسمه من العالم الراحل لينوس بولينج الحائز على جائزة نوبل). وكلما ارتفعت القيمة ، كلما كانت شغف الذرة أكثر رغبة في جذب الإلكترونات نحو نفسها في سيناريوهات تفسح المجال لارتباط التساهمية.
أعلى عنصر في هذا المقياس هو الفلور ، الذي تم تعيينه بقيمة 4.0. أدنى مرتبة هي العناصر الغامضة نسبيا السيزيوم والفرنسيوم ، والتي تحقق في 0.7. تحدث "الروابط غير المتكافئة" أو القطبية التساهمية بين العناصر ذات الاختلافات الكبيرة ؛ في هذه الحالات ، تقع الإلكترونات المشتركة أقرب إلى ذرة من الأخرى. إذا كانت ذرتان عنصر السندات لبعضهما البعض ، كما هو الحال مع O2 الجزيء ، الذرات متساوية بوضوح في الكهربية الكهربية ، والإلكترونات تقع بنفس القدر عن كل نواة. هذه رابطة غير قطبية.
يوفر موضع العنصر في الجدول الدوري معلومات عامة عن نشاطه الكهربائي. تزيد قيمة العناصر الكهربائية من اليسار إلى اليمين وكذلك من أسفل إلى أعلى. يضمن وضع الفلورين بالقرب من أعلى اليمين قيمة عالية.
مزيد من العمل: الذرات السطحية
كما هو الحال مع الفيزياء الذرية بشكل عام ، فإن الكثير مما هو معروف عن سلوك الإلكترونات والترابط هو ، في حين تم إنشاؤه تجريبيا ، نظري إلى حد كبير على مستوى الجسيمات دون الذرية الفردية. إن التجارب للتحقق من ما تفعله الإلكترونات الفردية بالضبط هي مشكلة تقنية ، مثل عزل الذرات الفردية التي تحتوي على تلك الإلكترونات. في تجارب اختبار الكهربية ، تم اشتقاق القيم ، بالضرورة ، من متوسط قيم الكثير من الذرات الفردية.
في عام 2017 ، كان الباحثون قادرين على استخدام تقنية تسمى المجهر الإلكتروني للقوة لفحص الذرات الفردية على سطح السيليكون وقياس قيم كهرتها الإلكترونية. لقد فعلوا ذلك من خلال تقييم سلوك رابطة السيليكون مع الأكسجين عندما تم وضع العنصرين على مسافات مختلفة. مع استمرار التحسن التكنولوجي في الفيزياء ، ستزداد معرفة الإنسان بالقدرة الإلكترونية.