الرابطة الكيميائية هي ظاهرة تواجد الذرات متماسكة معا في الجزيء أو البلورة. وجميع الروابط الكيميائية ترجع لتفاعل الإلكترونات الموجودة في الذرة. وهذه الإلكترونات جزء من المدار الذري للذرة (Atomic Orbital AO), ولكن في الرابطة, يقوموا بتكوين مدار جزيئي (Molecular Orbital MO). وتفاعلات هذه الإلكترونات النووية تنتج من القوى الأساسية للكهرومغناطيسية. وتكون الذرات رابطة لو أن مداراتها أصبحت أقل في الطاقة بعد تفاعلها مع بعضها البعض.
أنواع الروابط الكيميائية
وهناك 5 أنواع مختلفة من الترابط الكيميائي تستخدم لتصنيف أنواع التفاعلات الذرية. وهذه التصنيفات يتم تعريفها بواسطة التوزيع الإلكتروني ومستويات الطاقة. وللروابط الفعلية خصائص يصعب تقريقها, ولذلك فيمكن أن تكون هناك رابطة تشتمل على نوعين من أنواع الترابط الآتية.
الرابطة التساهمية.
الرابطة التساهمية التنافرية.
الرابطة الفلزية.
الرابطة الهيدروجينية
ويقال للإلكترونات الموجودة في المدار الجزيئي لرابطة أنها "متمركز" على ذرة/ذرات معينة, أو "غير متمركزة" بين ذرتين أو أكثر. ونوع الرابطة بين ذرتين يعرف بتمركز الكثافة الإلكترونية أو عدم تمركزها بين ذرات المادة.
وعديد من المركبات ترتبط عن طريق الرابطة التساهمية. ويمكن توقع بناء هذه الجزيئات باستخدام نظرية تكافؤ الرابطة, ونسبة الذرات المتضمنة يمكن تفهمها أبضا عن طريق بعض المفاهيم مثل رقم التأكسد. والمركبات الأخرى التي يكون بنائها أيوني, يمكن تفهم تركيبها عن طريق نظريات الفيزياء التقليدية. وعموما, فإن المركبات الأكثر تعقيدا مثل المعقدات الفلزية تحتاج كيمياء الكم لتفهمها.
وفى حالة الترابط الأيوني, تكون معظم الإلكترونات متمركزة حول ذرات معينة, ولا تنتقل الإلكترونات بين الذرات كثيرا. ويتم تعيين شحنة لكل ذرة حتى يمكن تعريف التوزيع الماردرات الجزيئية لها. وتتميز القوة بين الذرات (أو الأيونات) بكمية موحدة الخواص من الجهد الكهربي الساكن.
وبالعكس, ففى الترابط التساهمي, تكون الكثافة الإلكترونية بين الروابط غير راجعة لذرات معينة, ولكن تكون في حالة عدم تمركز في الماردرات الجزيئية بين الذرات. كما تساعد نظرية الإندماج الخطي للمدارارت الجزيئية المشهورة, على وصف بناء المدارات الجزيئية والطاقات باستخدام المدارات الذرية للذرات الآتية منها. وبعكس الرابطة الأيونية النقية, فإن الرابطة التساهمية يمكن ان يكون له تباين خواص مباشر.
يمكن للذرّات أيضاً أن تكوّن روابط وسيطة بين الرابطة التساهمية والأيونية. وهذا لأن هذه التعريفات مبنية على درجة عدم تمركز الإلكترونات. فيمكن للإلكترونات أن تكون غير متمركزة جزئياً بين الذرات, ولكن تقضي وقتاً أطول حول ذرة معين أكثر من ذرة أخرى. وهذا النوع من الترابط غالبا ما يسمى تساهمي قطبي
جميع هذه الروابط تكوّن قوى "بين" الجزيئات وتقوم بإمساك الذرات معا في الجزيء. يوجد قوى بيج جزيئية والتي تسبب تجاذب أو تنافر الجزيئات. تتضمن هذه القوى التجاذب الأيوني, الرابطة الهيدروجينية, وتجاذب ثنائي قطبي-ثنائي قطبي, وتجاذب ثنائي قطبي محثوث.
يعتبر كتاب لينوس باولينج "طبيعة الرابطة الكيميائية" أفضل كتاب على الإطلاق تحدّث عن موضوع الروابط الكيميائية
الرابطة التساهمية هي أحد أشكال الترابط الكيميائي وتتميز بمساهمة زوج أو أكثر من الإلكترونات بين الذرات, مما ينتج عنه تجاذب جانبي يعمل على تماسك الجزيء الناتج. تميل الذرات للمساهمة أو المشاركة بإلكتروناتها بالطريقة التي تجعل غلافها الإلكتروني ممتليء. وهذه الرابطة دائما أقوى من القوى بين الجزيئية, الرابطة الهيدروجينية, كما أنها تماثل الرابطة الأيونية في القوة وأحيانا تكون أقوى منها.
تحدث الرابطة التساهمية غالبا بين الذرات التي لها سالبية كهربية متماثلة (عالية), حيث أنه تلزم طاقة كبيرة لتحريك إلكترون من الذرة. الرابطة التساهمية غالبا ما تحدث بين اللا فلزات, حيث تكون الرابطة الأيونية أكثر شيوعا بين الذرات الفلزية والذرات اللا فلزية.
تميل الرابطة التساهمية لأن تكون أقوى من أنواع الروابط الأخرى, مثل الرابطة الأيونية. وبعكس الرابطة الأيونية, حيث ترتبط الأيونات بقوى كهرساكنة (Electrostatics) غير موجهة, فإن الرابطة التساهمية تكون عالية التوجيه. وكنتيجة, الجزيئات المرتبطة تساهميا تميل لأن تتكون في أشكال مميز
تاريخ الرابطة التساهمية
فكرة الترابط التساهمي يمكن أن ترجع إلى جيلبرت إن لويس, والذى قام في عام 1916 بوصف مساهمة أزواج الإلكترونات بين الذرات. وقد قام بإقتراح ما يسمى ببناء لويس أو الشكل الإلكتروني النقطي والذى يكون فيه إلكترونات التكافؤ (الموجودة في غلاف التكافؤ) ممثلة بنقط حول الرمز الذري. وتكون ازواج الإلكترونات الموجودة بين الذرات ممثلة للروابط التساهمية. كما أن الأزواج العديدة تمثل روابط عديدة, مثل الرابطة الثنائية أو الثلاثية. وبعض الأشكال الإلكترونية النقطية ممثلة في الشكل المجاور. وطريقة أخرى لمتثيل الرابطة هي تمثيلها كخط, موضحة بالأزرق.
بينما أن قكرة تمثيل أزواج الإلكترونات تعطى طريقة مؤثرة لتصور الرابطة التساهمية, فإن دراسات ميكانيكا الكم تحتاج لفهم طبيعة تلك الرابطة وتوقع تركيب وخواص الجزيئات البسيطة. وقد قام كل من والتر هتلر و فريتز لندن بعمل أول توضيح ناجح من وجهة نظر ميكانيكا الكم للترابط الكيميائي, وخاصة للهيدروجين الجزيئي, في عام 1927. وقد كان عملهم مبنيا على أساس تصور رابطة التكافؤ, والذى إفترض أن الرابطة الكيميائية تتكون عندما يكون هناك تداخل جيد بين المدارات الذرية للذرات المساهمة. وهذه المدارات الذرية تعرف بأن بينها وبين بعضها زاوية محددة, وعلى هذا فإن تصور رابطة التكافؤ يمكن أن تتوقع زوايا الروابط بنجاح في الجزيئات البسيطة. عادة ما تكون هذه الرابطة بين الافليزات فقط
ترتيب الرابطة
ترتيب الرابطة هو مصطلح علمي لوصف عدد أزواج الإلكترونات المتشاركة بين الذرات المكونة للرابطة التساهمية. وأكثر أنواع الرابطة التساهمية شيوعا هو الرابطة الأحادية, والتي فيها يتم المشاركة بزوج واحد فقط من الإلكترونات. كل الروابط التي بها أكثر من زوج من الإلكترونات تسمي روابط تساهمية متعددة. المشاركة بزوجين من الإلكترونات تسمى رابطة ثنائية, والمشاركة بثلاثة أزواج تسمى رابطة ثلاثية. ومثال للرابطة الثنائية في حمض النيتروس (بين N و O), ومثال للرابطة الثلاثية سيانيد الهيدروجين (بين C و H).
الرابطة الأحادية يكون نوعها رابطة سيجما, والرابطة الثنائية تكون واحدة سيجما وواحدةباي, والرابطة الثلاثية تكون واحدة سيجما وإثنين باي.
الروابط الرباعية, رغم ندرتها, فإنها موجودة. فكل من الكربون والسيليكون يمكن أن يكونا مثل هذه الرابطة نظريا. ولكن الجزيء الناتج يكون غير مستقر تماما. وتلاحظ الروابط الرباعية الثابتة في الروابط فلزات إنتقالية-فلزات إنتقالية, وغالبا ما تكون بين ذرتين من الفلزات الإنتقالية في المركبات العضوفلزية (organometallic).
الروابط السداسية تم ملاحظتها أيضا في الفلزات الإنتقالية في الحالة الغازية ولكنها نادرة أكثر من الرباعية.
كما انه توجد حالة خاصة من الرابطة التساهمية تسمي رابطة تساهمية تناسقية.
صلابة الرابطة
بصفة عامة, يمكن للذرات المرتبطة برابطة أحادية تساهمية ان يحدث لهما دوران بسهولة نسبيا. ولكن, في الربطة الثنائية والثلاثية يكون الأمر بالغ الصعوبة حيث أنه لابد من حدوث تداخل بين المدارات باي, وهذه المدارات تكون في حالة توازي.
الرنين
يمكن لبعض أنواع الروابط أن يكون لها أكثر من شكل نقطي (مثلا الأوزون O3). ففى الشكل النقطي. تكون الذرة المركزية لها رابطة أحادية مع أحد الذرات الأخرى ورابطة ثنائية مع الأخرى. ولا يمكن للشكل النقطي إخبارنا أي من الذرات لها رابطة ثنائية, فكل من الذرتين لهما نفس الفرصة لحدوث الرابطة الثنائية. وهذان التركيبان المحتملان يسميا البناء الرنيني. وفى الحقيقة, فإن تركيب الأوزون رنيني مهجن بين تركيبيه الرنينين. وبدلا من وجود رابطة ثنائية, وأخرى أحادية, فإنه في الواقع يكون 1.5 رابطة تقريبا 3 إلكترونات في كل منهما في كل الأوقات.
وتوجد حالة خاصة من الرنين تحدث في الحلقات الأروماتية للذرات (مثلا البنزين). وتتكون الحلقات الأروماتية من ذرات مرتبة في شكل دائري (متماسك عن طريق الرابطة التساهمية) تتبادل الرابطة الأحادية والثنائية فيما بينها طبقا للشكل النقطي. وفى الواقع, تميل الإلكترونات لأن تتوزع بشكل متساوي في الحلقة. الإلكترونات التي تشارك في الشكل الحلقي غالبا ما تمثل بدائرة داخل الحلقة.
الرابطة التساندية أو الرابطة التساهمية التناسقية هي نوع من أنواع الروابط التساهمية تتكون نتيجة مساهمة ذرة مع الأخرى بزوج من الإلكترونات غير المشتركة في روابط. تسمى الذرة التي تقدم زوجا من الالكترونات بالذرة المانحة، والذرة الأخرى تسمى بالذره المستقبلة والتي تقدم مداراً فارغاً. وتنشأ هذه الرابطه بين الذرات لتكوين جزيئات أو بين ذرة في جزئ وأيون أو ذرة في جزئ وذره في جزئ آخر ومثال عليها الرابطة في أيون الهيدرونيوم.
لرابطة الفلزية هي رابطة كيميائية تحصل بين عنصرين من الفلزات، وهي قوى التجاذب الكهربائي الناتجة بين الايونات الموجبة وهذة الاكترونات السالبة بالرابطة الفلزية وهي التي تربط البلورة الفلزية (المعدنية) بالكامل.
عندما ترتبط الفلزات مع بعضها البعض فانها لا تكتسب التركيب الاكتروني للغازات النبيلة، فمن السهل أن تفقد ذرات الفلزات مثل الصوديوم والبوتاسيوم الكترونات تكافؤها لتصبح ايونات موجبة لأن سالبيتها الكهربائية منخفضة.
قوة الرابطة تتأثر قوة الرابطة الفلزية بعدة عوامل هي:
كثافة الشحنة تساوي شحنة الايون/حجم الايون، حيث أن شحنة الايون هي الشحنة التي يكتسبها الفلز بعد ان يخسر كل الالكترونات الموجده في المدار الاخير. (+1،+2،+3)
حجم الايون: يتناسب حجم الايون تناسب طردي مع عدد المدارات.
كلما كانت كثافة الشحنة على الايون أعلى كلما زادت قوة الرابط الفلزي ونتيجة لذلك درجة الانصهار تكون أعلى.
الخصائص التي تمنحها الرابطة للفلز ترجع الكثير من خصائص الفلزات الطبيعية إلى طبيعة هذه الرابطة، فالتوصيل الكهربائي والتوصيل الحراري للفلزات سببه هو حركة الالكترونات الحرة بين الذرات. حركة الالكترونات الحرة داخل المعدن تنتظم عند تمرير التيار الكهربائي من خلاله، وتتقدم الالكترونات من القطب السالب إلى الموجب.
الهيدروجينية
الأصرة الهيدروجينية تتكون عند اتحاد الهيدروجين مع عناصر ذات كهرسلبية عالية مثل الهالوجينات والأوكسجين تكون الأصرة التساهمية وهذه العناصر ذات قطبية عالية نظراً للفارق الكبير في الكهروسلبية مما يؤدي إلى ظهور شحنة جزئية موجبة على ذرة الهيدروجين مكوناً قطباً موجباً وشحنة جزئية سالبة على ذرة العنصر الآخر وبسبب وجود هذه القطبية العالية فإن أحد طرفي الجزيئة المستقطبة سوف تتجاذب مع طرف جزيئة مجاورة يحمل شحنة جزئية مغايرة، وهكذا فإن أطراف الجزيئات التي تحمل شحنة سالبة سوف تتجاذب مع أطراف جزيئات تحمل شحنة جزئية موجبة والعكس صحيح ويرمز لها عاة بخط منقط(----).
ساحة النقاش