ما معنى التكافؤ الرباعي لذرة الكربون

1 إجابة واحدة
طالب
الحقوق, جامعة تشرين سوريا

الكربون (C) من أكثر العناصر شيوعًا وانتشارًا في المادة، وذلك لقدرته على الاتحاد مع نفسه ومع العديد من العناصر الأُخرى، وعلى تشكيل مجموعة كبيرة ومتنوعة من المركبات المختلفة، حيث تتراوح في الحجم من مركبات تملك عددًا قليلًا من الذرات، إلى مركبات تملك آلاف الذرات.

وجد العلماء حتى الآن الملايين من مركبات الكربون المختلفة في الطبيعة، وذلك لأن الكربون هو العنصر الوحيد القادر على أن يشكل هذا العدد من المركبات المختلفة، بفضل قدرته على تكوين سلاسل طويلة من ذرات الكربون، بالإضافة إلى أن ذرات الكربون لا ترتبط مع بعضها فقط بسلاسل مستقيمة وإنما تتشعب بتفرعات معقدة كأغصان الأشجار، كما أن ذرات الكربون تتشارك بإلكترونين أو ثلاثة إلكترونات، واختلاف ترتيب تلك الروابط يشكل مجموعة مختلفة من المركبات، ما يجعل الكربون قادرًا على تركيب عدد غير محدود من المركبات، وتسمى بالمركبات العضوية.

لطالما كان تصميم الكربون رباعي التكافؤ يمثل تحديًا بسبب وضع الترابط الفريد لتحقيق التوازن المثالي في الذرة بين مركز الكربون والأربطة المحيطة إلكترونيًا وميكانيكيًا، والعدد الذري للكربون 6، أي أن كل ذرة كربون تحتوي على ست إلكترونات، يوجد اثنان منها في المدار الداخلي، بينما الأربعة الأُخرى هي إلكترونات التكافؤ التي تقع على المدار الخارجي للذرة، وهي الإلكترونات المتاحة للترابط مع الذرات الأُخرى.

الكربون هو مادة غير معدنية تتواجد في المجموعة 14 من الجدول الدوري، وكما هو حال جميع عناصر المجموعة 14 الأُخرى يحتوي الكربون على أربع إلكترونات تكافؤ، وإلكترونات التكافؤ هي الإلكترونات الموجودة في مستوى الطاقة الخارجي للذرة، التي تتشارك في الروابط الكيميائية مع الذرات الأُخرى.

تحتاج ذرة الكربون إلى ثمانية إلكترونات تكافؤ لملء مستوى الطاقة الخارجي لتصبح ذرة مستقرة، وبامتلاكها لأربع إلكترونات تكافؤ تحتاج أن تشارك الذرات الأُخرى للحصول على الأربعة المتبقية.

يشارك الكربون إلكترونات التكافؤ عن طريق الرابطة التشاركية، وهي روابط كيميائية تتشكل بين الإلكترونات، حيث تشترك ذرتان في زوج من الإلكترونات، ويملأ الكربون مستوى الطاقة الخارجي عن طريق تشكيل أربع روابط تشاركية، ليحصل على أربع إلكترونات حتى يحقق التوازن، وهو ما يسمى بالتكافؤ الرباعي لذرة الكربون.

غالبًا ما يشكل الكربون روابط تشاركية مع الهيدروجين (H) وتسمى المركبات التي تحتوي على الكربون والهيدروجين فقط بالهيدروكربونات، ويحتاج الكربون إلى التشارك مع أربع ذرات هيدروجين ليحقق التوازن، بينما تمتلك ذرة الهيدروجين إلكترونًا واحدًا في مستوى الطاقة الخارجية وتحتاج لإلكترون آخر حتى تستقر، فيتشكل غاز الميثان (CH4).

يمكن أن يشكل الكربون روابط مفردة أو مزدوجة أو حتى ثلاثية مع ذرات الكربون الأُخرى في رابطة واحدة، فتشترك ذرتا كربون في زوج من الإلكترونات في رابطة مزدوجة، وفي الرابطة الثلاثية تشترك ثلاث ذرات كربون مع ثلاث أزواج من الإلكترونات.

في غاز ثاني أوكسيد الكربون (CO2)، تملك كل ذرة أوكسجين على مستوى الطاقة الخارجي الخاص بها إلكترونين، وتحتاج إلى إلكترونين آخرين لتحقيق التوازن، فتتشارك ذرة الأوكسجين إلكترونيها مع إلكترونين من ذرة الكربون، وتتشارك ذرة أوكسجين أُخرى مع الإلكترونين الآخرين الموجودين على المدار الخارجي لذرة الكربون، ليتشكل لدينا O=C=O أي CO2.

وعلى الرغم من مركبات الكربون الكثيرة والتي تشكل أساسًا لكل ما هو حي على الأرض، إلا أن الكربون إلا يشكل إلا نسبة 0.025% من القشرة الأرضية.

أكمل القراءة

0

هل لديك إجابة على "ما معنى التكافؤ الرباعي لذرة الكربون"؟