أشكال الجزيئات

2011 الذرات و الجزيئات

توم جاگسون

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الكيمياء

علاوة على بناء القوى الضعيفة بين الجزيئات، يؤثر موقع الإلكترونات في الجزيء على أشكالها. فالشحنات المعاكسة تنجذب نحو بعضها، بينما تتنافر الشحنات المتماثلة من بعضها. كما تتنافر الإلكترونات في الجزيء وتظل مبتعدة عن بعضها لأطول فترة ممكنة. وتتنافر الإلكترونات مع بعضها في غلاف الذرّة الخارجي بقوة متساوية. ومن جهة أخرى،

لا يستطيع الإلكترون المشترَك مع ذرّة أخرى لتشكيل رابطة أن يدفع الإلكترونات الأخرى بعيداً بالقوة نفسها. ونتيجة لذلك غالباً ما تندفع أزواج من الإلكترونات المشترَكة بعيداً عن الإلكترونات الأخرى غير المترابطة.

يؤثر التوزيع غير المتساوي للإلكترونات الخارجية على شكل الجزيء. فالجزيء الذي يضم

ذرّتين، مثل جزيء غاز الكلور (Cl2)، يشكّل دائماً خطاً مستقيماً أشبه ما يكون بالدّمبل (كرتان حديديتان بينهما قضيب). ولكن عندما يكون للجزيء أكثر من رابطة واحدة، يصبح الشكل أكثر تعقيداً.

يحتوي جزيء غاز الميثان

على ذرّة كربون واحدة في مركزها، وهناك أربع ذرّات هيدروجين مترابطة مع الكربون. والكربون له أربعة إلكترونات، يشكل كل منها رابطة تساهمية مع إحدى ذرّات الهيدروجين. لذلك فإن كافة أزواج الإلكترونات تكون متماثلة وتتنافر كلها مع بعضها بصورة متساوية. والنتيجة هي أن جزيئات غاز الميثان تكوّن شكلاً هندسياً رباعي الوجوه، وهو نوع من أنواع الأشكال الهرمية.

أما جزيئات الماء فتتكوّن عن طريق قوة الإلكترونات غير المترابطة. يتكوّن كل جزيء من ذرّتي هيدروجين مرتبطتين بذرّة أكسجين واحدة بواسطة رابطة تساهمية، والجزيء في هذه الحالة غير مستقيم، وإنما منحنٍ، بحيث تكون ذرّتا الهيدروجين على جانب واحد مع ذرّة الأكسجين. وتعليل ذلك هو أن زوجي الإلكترونات المشتركة في روابط الجزيء يتنافران مع الإلكترونات الستة الأخرى لذرّة الأكسجين.

وتستطيع الذرّات أيضاً أن تكوّن جزيئات ذات أشكال معقدة، وتستطيع ذرّات الكربون أن تتحد وتكوّن جزيئات كروية من أشكال خماسية وسداسية. (انظر المجلد 8: الصفحات 13-23). يُطلق على هذه الجزيئات اسم «باكمسنترفوليرين» نسبة إلى المهندس الأمريكي المخترع (باكمنستر فولر) (1895 – 1983)، الذي قام بتصميم قبابٍ لها بنية جزيئات الكربون ذاتها. كما يمكن أن يكوّن الكربون صفائح سداسية تلتف لتشكّل أنابيب مجوفة.