كلوريد البولي ألمنيوم (باك)

كلوريد البولي ألومنيوم (بولي ألومنيوم كلوريد ، اختصار PAC ؛ كلوريد الألومنيوم) ، وهو ما يسمى بولي ألمنيوم. بين AlCl3.

و Al (OH) 3. هذا المزيج من الصيغة الجزيئية [Al 2 (OH) n Cl 6-n · x H 2 O] m (m≤10، n = 1 ~ 5) ، هو نوع جديد من المعادن البوليمرية الندفية .

جدول المحتويات

1 الطبيعة
2 معلومات الخطر
3 استخدام المنتج
4 ـ الإنتاج والتخزين والنقل

تنزيل أغراض من البولي ألمنيوم كلوريد

• منتجات باك فارسيان
• مقارنة بين كلوريد سيليكات الألمنيوم المتعددة وعملية التخثير الكهربائي للإزالة
• عسر شرب الماء الفارسي
• تطبيق pac على التعكر الفارسية
• MSDS-of-PAC

طبيعة

المنتج النقي عبارة عن مسحوق قشاري أصفر أو رمادي أو حبيبي أو صلب. يذوب بسهولة في الماء ويخضع المحلول المائي للتحلل المائي ، والذي يصاحبه عمليات مثل التخثر والامتصاص والترسيب.
معلومات المخاطر

غير قابل للاشتعال ومزعج. تآكل الأنسجة مثل الأغشية المخاطية والعينين والجلد.
إنه خطير على البيئة.
تجنب ملامسة الماء والهواء الرطب والقلويات والكحول والمواد القابلة للاحتراق. يحفظ في مكان بارد وجاف وجيد التهوية. الابتعاد عن مصادر النار والحرارة.
يجب على الموظفين استخدام أقنعة الغبار والنظارات الواقية ، والملابس المطاطية المقاومة للأحماض والقلويات ، والقفازات المطاطية المقاومة للأحماض والقلويات.
الجرعة المميتة 50: 316 مغ / كغ (عن طريق الفم في الفئران)

استخدام المنتج

يمكن استخدام كلوريد البولي ألومنيوم كمضاد للعرق في مستحضرات التجميل ، ومخثر لمعالجة المياه ، وكذلك لمعالجة مياه الصرف الصناعي.

تخزين الإنتاج

• تشمل طرق إنتاج كلوريد الألمنيوم المتعدد بشكل أساسي طريقة حمض الهيدروكلوريك لرماد الألومنيوم وطريقة الانحلال الحراري الغليان
• في غضون ذلك ، تقوم طريقة حمض الهيدروكلوريك برماد الألومنيوم بشكل أساسي بإضافة رماد الألومنيوم إلى مفاعل ماء الغسيل ثم إضافة حمض الهيدروكلوريك للتفاعل ثم الترسيب.
• للحصول على أكسدة بلمرة الألمنيوم السائل ، تم الحصول أخيرًا على الألومينا الصلبة المبلمرة من خلال التخفيف والترشيح والتجفيف.
• يجب حماية كلوريد متعدد الألومونيوم من التعرض للمطر والشمس أثناء النقل ، ويجب تخزينه في مكان بارد وجيد التهوية وجاف ، كما يجب أن تكون منطقة التخزين نظيفة.

كلوروهيدرات الألومنيوم

كلوريد الألومنيوم بواسطة داني إس

كلوروهيدرات الألومنيوم عبارة عن مجموعة من الأملاح ذات الصيغة العامة Al n Cl (3n-m) (OH) m ، والتي تستخدم في مزيلات العرق.

هيكل كلوريد البولي الألومنيوم (PAC)

كلوروهيدرات الألومنيوم هو أحد البوليمرات غير العضوية التي يصعب تحديد هيكلها. ومع ذلك ، مؤخرا مجموعات البحث العلمي ، بما في ذلك نزار ولادن

يعتمد ذلك على وحدات آل 13. وخلصوا إلى أن الهيكل وفقًا لترتيب أيونات Kegen.

كلوريد الألمنيوم (PAC) جاهز

يتم تحضير كلوروهيدرات الألومنيوم تجاريًا من تفاعل الألومنيوم مع حمض الهيدروكلوريك.

يستخدم

يستخدم بشكل رئيسي في مزيلات العرق.
يستخدم كلوروهيدرات الألومنيوم في تنقية المياه كمادة عائمة ، والتي تسمى غالبًا كلوريد الألمنيوم المتعدد. نظرًا لاحتمالية قيمة الرقم الهيدروجيني إلى قيمة محددة عن طريق تغيير قيمة m و n في الصيغة البنائية ، يفضل.

ستيرات الألومنيوم أحادية

المراجع LC Russell و LF Nazar. “المواصفات والتحول الحراري في أملاح الألومينا: هياكل مجموعة أكسيد الألومنيوم متعدد الهيدروكسيل [Al30O8 (OH) 56 (H2O) 26] 18+ وجزء d-Keggin الخاص به”. مربى كيمياء. شركة (2000) ، 122 (15) ، 3777.
كارل لادن وكارل ب. مضاد التعرق ومزيل العرق (مستحضرات التجميل والتكنولوجيا).

كلوريد هيدروكسي الألومنيوم

معلومات طبية
ATC- كود	M05 BX02
تحديد
الكتل المولية	ليس واضحا بسبب خليط المكونات
الحالة الفيزيائية	احتفال [2]
كثافة	1،33-1،35 جم · سم – 3 [3]
الذوبان	قابل للذوبان في الماء بسهولة: 500 جم / لتر -1 (20 درجة مئوية) [4]
تعليمات الأمان
يرجى ملاحظة الإعفاءات من متطلبات وضع العلامات على الأدوية والأجهزة الطبية ومستحضرات التجميل والأغذية وأعلاف الحيوانات. وسم GHS للمواد الخطرة [4] لمحلول مائي 20-30٪ الخطر عبارات H و P ه: 290 – 318 ص 234-280-310-390-305 + 338 5 : ] [ 351 + _
البيانات السمية	13 جم كجم -1 (TD Lo ، فأر ، أنثى ، حامل ، فموي ، يستمر من 7 إلى 19 يومًا) [6]
بقدر الإمكان والمعتاد ، يتم استخدام وحدات SI. ما لم يُنص على خلاف ذلك ، تنطبق البيانات المقدمة في ظل الظروف القياسية.

هيدروكسي كلوريد الألومنيوم عبارة عن خليط من الأملاح يتكون من الألومنيوم (Al) والكلور (Cl) وهيدروكسيد (OH) مع تركيبة Al n Cl (3n − m) (OH) m ، على سبيل المثال Al 2 Cl (OH) 5. عادة ما يتم إنتاجها واستخدامها كمزيج من المركبات المفردة غير المنفصلة ، على سبيل المثال في مستحضرات التجميل ومنتجات العناية بالجسم التي تقلل التعرق ، وكذلك في معالجة مياه الصرف الصحي.

• 1 استخدام
  • 1.1 الندف
  • 1.2 مضاد للعرق
• 2 الآثار والمخاطر
• 3. علم السموم
  • 3.1 بما في ذلك الأعصاب
  • 3.2 دراسات حول مخاطر الإصابة بسرطان الثدي من هيدروكسي كلوريد الألومنيوم
• 4 انظر أيضا
• 5. دليل فردي

استخدام كلوريد البولي ألمنيوم (PAC)

يستخدم سداسي هيدرات كلوريد الألومنيوم القوي في صناعات النسيج وصناعة الصابون لتأثيره القابض ، حيث يتم استخدامه لإنتاج المطهرات أو مزيلات العرق. ضد الالتهاب الخفيف في منطقة الحلق ، يتم توفير محاليل تحتوي على كلوريد الألومنيوم أو كلورات الألومنيوم للغرغرة. وهي متوفرة في الصيدليات بدون وصفة طبية.

يصنف هيدروكسي كلوريد الألومنيوم على أنه مادة كيميائية عالية الحجم. يستخدم خليط هذه المواد في صناعة الورق والمنسوجات وفي تنقية المياه كعامل تخثر وترسيب وفي صناعات التجميل والصحة كمضاد للعرق. [3]

الندف

يشكل كلوريد الألومنيوم المحتوي على الماء هياكل بوليمرية تسمى كلوريد الألمنيوم (PAC). يعتبر مزيجًا فعالًا للتخثر ، فهو يصبح مادة ندف قادرة على تحويل مجموعة من المواد المذابة إلى حالة غير منحلة وإزالة العديد من الأنواع المختلفة من المواد المعلقة من المحاليل المائية. تم استخدام كلوريد الألومنيوم البوليمر منذ السبعينيات في معالجة مياه الخدمة ومياه الشرب ومياه الصرف ومياه أحواض السباحة كمواد تخثر ورواسب. في أوروبا ، نظرًا لخصائصها التقنية والاقتصادية ، حلت PAC محل كبريتات الألومنيوم ، والتي كانت شائعة في معالجة مياه الشرب في ذلك الوقت. ومع ذلك ، خارج أوروبا ، التوزيع منخفض.

مضاد للعرق

يمكن استخدام هيدروكسي كلوريد الألومنيوم بتركيزات معينة من خلال استخدامه موضعيًا لمنع التعرق المفرط ، وبالتالي فهو يستخدم أيضًا كعنصر نشط في العديد من مزيلات العرق ومضادات التعرق. كلوريد الألومنيوم مادة أكالة ، ولكن وفقًا للتقارير التجريبية ، قد يسبب كلوريد البولي ألمنيوم (PAC) تهيجًا بسيطًا للجلد عند استخدام الجرعة الصحيحة. للحد من هذه المشكلة ، تحتوي معظم مضادات التعرق على الجلسرين أو مستخلصات نباتية.

تأثير ومخاطر كلوريد البولي الألومنيوم (PAC)

سداسي هيدرات كلوريد الألومنيوم يضيق المسام عن طريق إزالة الماء ويؤدي جزئيًا إلى تغيير طبيعة البروتينات في خلايا الجلد وبالتالي يقلل التعرق. يمكن أن يسبب هيدروكسي كلوريد الألومنيوم تهيج الجلد ، والتهاب الغدد كأثر جانبي ، والورم الحبيبي. من الممكن الإصابة بالأكزيما (“أكزيما مزيل العرق”) وتطوير تفاعل تحسسي دائم. نظرًا لتأثيرات هيدروكسي كلوريد الألومنيوم في مزيل العرق ، فقد أظهرت الملاحظات طويلة المدى علامات خفيفة على تهيج الجلد. [7]

علم السموم من كلوريد البولي الألومنيوم (PAC)

أدرج الاتحاد الأوروبي هيدروكسي كلوريد الألومنيوم في عام 2014 وفقًا للائحة (EC) رقم 1907/2006 (REACH) كجزء من تقييم المواد في برنامج عمل الأسطوانة المجتمعي (CoRAP). هنا ، يتم إعادة تقييم تأثيرات هذه المادة على صحة الإنسان والبيئة ، وإذا لزم الأمر ، يتم البدء في تدابير المتابعة. كانت أسباب استخدام هيدروكسي كلوريد الألومنيوم مخاوف بشأن الحمولة العالية (الدمج) والمخاطر من التخصيص المحتمل لمجموعة مواد CMR. بدأت عملية إعادة التقييم في عام 2015 وتنفذها فرنسا. تم طلب مزيد من المعلومات من أجل الوصول إلى تقييم نهائي. [8]

السمية العصبية لكلوريد الألومنيوم (PAC)

كلوريد الألومنيوم يضر بالجهاز العصبي. [9] [10] [11] [12] عند تناول جرعات عالية ، يعطل هيدروكسي كلوريد الألومنيوم الحاجز الدموي الدماغي ، ويمكن أن يتلف الحمض النووي ، وله تأثيرات جينية سلبية. الجرعات العالية من هيدروكسي كلوريد الألومنيوم لها آثار ضارة على عدد من الأنواع مثل الثدييات ، [14] الفئران ، [15] الأرانب ، [9] والكلاب. [16]

في فبراير 2020 ، نشر المعهد الفيدرالي لتقييم المخاطر (BfR) بيانًا يوضح أن جلد الإنسان يمتص هيدروكسي كلوريد الألومنيوم بشكل أقل بكثير مما كان يعتقد سابقًا ، خاصة من خلال مضادات التعرق.

دراسات حول مخاطر الإصابة بسرطان الثدي من هيدروكسي كلوريد الألومنيوم

يشتبه في تسبب أملاح الألومنيوم مثل كلوريد الألومنيوم ومجمعات رباعي كلورو هيدرات الألمنيوم والزركونيوم (“الألومنيوم الزركونيوم رباعي كلورو هيدروكسي Gly”) وكلوريد الألومنيوم هيدروكسي في مزيلات العرق المضادة للعرق ، في الإصابة بسرطان الثدي. من ناحية أخرى ، يوجد تراكم في الربع العلوي الخارجي للصدر ، وهو قريب من المكان الذي يتم فيه وضع مزيل العرق. ومع ذلك ، هناك المزيد من الأنسجة الظهارية ، وهو موقع مفضل للسرطان. بالإضافة إلى ذلك ، تم العثور على زيادة تركيز الألومنيوم في عينات كلوريد البولي الألومنيوم (PAC) من أنسجة سرطان الثدي الأنثوية. ومع ذلك ، كان الارتباط مع تطور أورام الثدي غير واضح ، وامتصاص الخلايا لم يكن واضحًا. [21] خلصت دراسة تلوية عام 2008 لخصت الأبحاث السابقة حول هذا الموضوع إلى أنه لا يوجد دليل علمي يدعم هذه النظرية. أعلن المعهد الفيدرالي الألماني لتقييم المخاطر BfR وخدمة معلومات السرطان KID (المنظمة العامة للمركز الألماني لأبحاث السرطان (DKFZ)) والجمعيات الدولية لسرطان الثدي في وقت لاحق هذا رسميًا في عام 2010. علاوة على ذلك ، على العكس من ذلك ، مثل المعادن الأخرى (الحديد والنيكل والكروم والرصاص مخزنة في أنسجة السرطان) ، يمكن أن يساهم الألمنيوم في تطور السرطان نتيجة لذلك.

كلوريد البولي الومنيوم (PAC) عام 2012

طلبت جمعية السرطان النمساوية من ولفرام بارزيفال (أستاذ جامعي سابق لعلم السموم في معهد أبحاث السرطان في جامعة فيينا الطبية) تقييم مخاطر الإصابة بالسرطان (المسرطنة) لكلوريد الألومنيوم (سداسي الهيدرات) كعنصر من مزيلات العرق. نظرًا لأن بولي ألومنيوم كلوريد (PAC) ، اقترح منشور سابق (Sappino et al. 2012) [24] ارتباطًا محتملاً بسرطان الثدي الأنثوي في المختبر. أشارت هذه الدراسة المختبرية مع مزارع خلايا الثدي البشرية إلى تأثير تدمير الخلايا لكلوريد الألومنيوم. أظهرت الخلايا سلوكًا غير طبيعي مشابهًا للمرحلة الأولى من تغير يشبه الورم. تم حقن كلوريد الألومنيوم المستخدم في هذه الدراسة مباشرة في مزرعة الخلية. لم يتم النظر في الحاجز الطبيعي لجلد الإنسان.

تشير مراجعة Parzefall إلى أن جمعية السرطان الأمريكية قد نشرت تقييمًا أكثر حذرًا ، مستشهدة بمركبات الألومنيوم التي تغير مستقبلات هرمون الاستروجين. يمكن امتصاصها من خلال الجلد وتؤدي إلى تغيرات في مستقبلات هرمون الاستروجين في خلايا الثدي. نظرًا لأن هرمون الاستروجين يمكن أن يتسبب في نمو خلايا الثدي السرطانية وغير السرطانية ، فقد اقترح بعض العلماء أن استخدام المركبات القائمة على الألومنيوم في مضادات التعرق قد يكون عامل خطر للإصابة بسرطان الثدي. ومع ذلك ، نظرًا لعدم وجود صلة واضحة بسرطان الثدي ، سيستمر الباحثون في مراقبة هيدروكسي كلوريد الألومنيوم كعامل خطر محتمل لسرطان الثدي. هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لاستخلاص استنتاجات أوضح. بشكل عام ، وفقًا للوكالة النمساوية للصحة وسلامة الغذاء (AGES) [26] ، يمكن القول أنه نظرًا للنتائج المختلفة ، هناك حاجة إلى مزيد من البحث لفهم امتصاص هيدروكسي كلوريد الألومنيوم بشكل أفضل. بعد تطبيق الجلد ، يتم تحديد الدور المحتمل لهيدروكسي كلوريد الألومنيوم في تغيرات خلايا الثدي. فيما يتعلق بحماية الصحة الوقائية ، لا ينبغي وضع مستحضرات التجميل هذه في الإبط المحلوق حديثًا.

في إعادة تقييم من عام 2014

وصف BfR حالة الدراسة بأنها متناقضة. تساعد مضادات التعرق التي تحتوي على الألمنيوم على امتصاص الألمنيوم في جسم الإنسان. من المحتمل أن يكون جزء من السكان قد وصل إلى المدخول الأسبوعي المسموح به وهو 1 مجم من الألومنيوم لكل كيلوغرام من وزن الجسم من خلال الطعام والمنتجات الأخرى التي تحتوي على الألومنيوم. لذلك توصي BfR بتجنب مزيلات العرق المحتوية على الألومنيوم حتى لا تتجاوز الحد الأقصى المسموح به. على الرغم من عدد من الدراسات ذات الصلة ، نظرًا لحالة البيانات المتضاربة ، لم يتم إثبات العلاقة السببية بين زيادة تناول هيدروكسي كلوريد الألومنيوم من خلال مضادات التعرق ومرض الزهايمر أو سرطان الثدي. في عام 2019 ، أكدت BfR أنه “لا يمكن إثبات أن الألمنيوم مسؤول سببيًا عن التسبب في السرطان”. أكدت BfR أيضًا أنه وفقًا للحالة الحالية للأبحاث ، فإن الألمنيوم ليس سامًا للجينات ولا مسرطنًا.

لقد بالغت الدراسات الحديثة في تقدير المخاطر المحتملة. على سبيل المثال ، فإن اللجنة العلمية المعنية بسلامة المستهلك التابعة للاتحاد الأوروبي واضحة جدًا في أن مضادات التعرق ومستحضرات التجميل التي تحتوي على الألومنيوم يجب اعتبارها آمنة. وجد الفريق ، بقيادة هانز دريكسلر ، وهو طبيب بيئي ، في الدراسة أن مزيلات العرق المحتوية على الألومنيوم بالكاد تمتص الألمنيوم ، على الأقل خلال فترة أسبوعين. تابعت BfR هذا التقييم في عام 2020.

رابطة الهيدروجين

الرابطة الهيدروجينية هي قوة جذب إلكتروستاتيكية عالية بين ذرة كهرسلبية وذرة هيدروجين ترتبط بها ذرة كهربية أخرى. إنه ناتج عن تكوين قوة شحنة ثنائية القطب مع ذرة هيدروجين مرتبطة بذرة نيتروجين أو أكسجين أو فلور (ومن هنا جاء اسم “رابطة الهيدروجين”) ، لا ينبغي الخلط بينه وبين الرابطة التساهمية مع ذرات الهيدروجين. تكون طاقة الرابطة الهيدروجينية (نموذجيًا 5-30 كيلو جول / مول) أقل بكثير من طاقة الروابط التساهمية الضعيفة (155 كيلو جول / مول) ، وتكون الرابطة التساهمية النموذجية أقوى 20 مرة فقط من الرابطة الهيدروجينية بين الجزيئات. يمكن إنشاء هذه الروابط بين الجزيئات (بين الجزيئات) أو بين أجزاء مختلفة من الجزيء (داخل الجزيء). 2 الرابطة الهيدروجينية هي قوة كهروستاتيكية ثنائية القطب قوية جدًا تربط العديد من الجزيئات معًا لأنها تعطي ثباتًا كبيرًا ، ولكنها أضعف من الرابطة التساهمية أو الرابطة التساهمية الأيونية.) يحدث هذا النوع من الروابط في كل من الجزيئات غير العضوية مثل الماء والجزيئات العضوية مثل الحمض النووي.

الرابطة الهيدروجينية بين الجزيئات مسؤولة عن ارتفاع نقطة غليان الماء (100 درجة مئوية). هذا بسبب الرابطة الهيدروجينية القوية لهيدرات الكالكوجين ، على عكس الآخرين. الرابطة الهيدروجينية داخل الجزيئية مسؤولة جزئيًا عن البنية الثانوية ، والبنية الثالثة ، والبنية الرباعية ، والبروتينات والأحماض النووية.

وصلة

ذرة الهيدروجين المرتبطة بذرة كهربية نسبيًا هي ذرة مانحة لرابطة الهيدروجين. 3 يمكن أن تكون هذه الذرة الكهربية عبارة عن فلور أو أكسجين أو نيتروجين. الذرة الكهربية مثل الفلور أو الأكسجين أو النيتروجين هي متقبل لرابطة الهيدروجين ، بغض النظر عما إذا كانت مرتبطة تساهميًا بذرة هيدروجين أم لا. مثال على مانح رابطة الهيدروجين هو الإيثانول ، الذي يحتوي على ذرة هيدروجين مرتبطة تساهميًا بالأكسجين. مثال على مستقبل الرابطة الهيدروجينية الذي لا يرتبط به دياتوم الهيدروجين بشكل تساهمي هو ذرة الأكسجين في إيثيل إيثر.

يمكن أن يشارك كربون الكلوروفورم أيضًا في الرابطة الهيدروجينية ، عندما ترتبط ذرة الكربون ببعض الذرات الكهربية ، كما في حالة CHCl 3. تسحب الذرة الكهربية سحابة الإلكترون حول نواة الهيدروجين ، وتترك الذرة بشحنة موجبة طفيفة عن طريق لامركزية السحابة. نظرًا لصغر حجم الهيدروجين مقارنة بالذرات والجزيئات الأخرى ، فإن الشحنة الناتجة ، حتى لو كانت جزئية ، تُظهر كثافة شحنة عالية. تتشكل الرابطة الهيدروجينية عندما تجذب كثافة الشحنة الموجبة القوية زوج إلكترون من ذرة غير متجانسة أخرى ، والتي تصبح متقبلًا لرابطة الهيدروجين.

عادة ما توصف الرابطة الهيدروجينية بأنها تفاعل إلكتروستاتيكي ثنائي القطب.

ومع ذلك ، فإنه يحتوي أيضًا على بعض خصائص الرابطة التساهمية: فهو اتجاهي ، قوي ، ويخلق مسافات بين الذرية أقل من مجموع نصف قطر فان دير فال ، وعادة ما يحتوي على عدد محدود من شركاء التفاعل الذين يمكن تفسيرهم على أنهم شكل التكافؤ. . هذه الخصائص التساهمية مهمة عندما يربط المستقبلون ذرات الهيدروجين من مانحين كهربيين آخرين.

تثير الطبيعة التساهمية الجزئية لرابطة الهيدروجين السؤال التالي: “ما الجزيء الذي تنتمي إليه نواة الهيدروجين؟” و “من يجب أن يكون” المتبرع “وأي واحد يجب أن يكون” المتلقي “؟” بشكل عام ، من السهل تحديد ذلك بناءً على المسافات بين الذرية لنظام XH… Y: عادةً ، تكون مسافة XH ~ 1.1 Å ، بينما المسافة H… Y هي ~ 1.6 إلى 2.0 Å. السوائل التي تظهر الترابط الهيدروجيني تسمى السوائل الرابطة.

يمكن أن تختلف قوة الروابط الهيدروجينية ، من ضعيفة جدًا (1-2 كيلوجول مول -1> 155 كيلوجول مول -1 ، مثل HF2- أيون) إلى قوية جدًا (). 4 بعض القيم النموذجية هي:

• F – H … F (155 كيلو جول / مول)
• O – H … N (29 كيلوجول / مول)
• O – H … O (21 كيلو جول / مول)
• N – H … N (13 كيلوجول / مول)
• N – H … O (8 كيلوجول / مول)
• + OH 3 …: OH 2 (18 kJ / mol 5) (البيانات التي تم الحصول عليها باستخدام الديناميات الجزيئية كما هو مذكور في المرجع ، ويجب مقارنتها بـ 7.9 kJ / mol للمياه الخام ، وأيضًا باستخدام الديناميكيات تم الحصول على جزيء مماثل.

يعتمد طول الروابط الهيدروجينية على قوة الرابطة. تعتمد قوة الرابطة نفسها على درجة الحرارة والضغط وزاوية الرابطة والبيئة (تتميز عادةً بثابت العزل المحلي). يبلغ طول رابطة الهيدروجين النموذجي في الماء 1.97 (197 م). تعتمد زاوية الرابطة المثالية على طبيعة مانح الرابطة الهيدروجينية. تظهر النتائج التجريبية لمتبرع فلوريد الهيدروجين بمستقبلات مختلفة الزوايا التالية: 6

تاريخ

في كتابه The Nature of the Chemical Bond ، ينسب Linus Pauling أول ذكر للرابط الهيدروجيني إلى TS Moore و TF Winmill في عام 1912 (J. Chem. Soc. 101، 1635). استخدم Moore و Winmill الروابط الهيدروجينية لشرح حقيقة أن هيدروكسيد ثلاثي ميثيل الأمونيوم هو قاعدة أضعف من هيدروكسيد رباعي ميثيل الأمونيوم. وصف لاتيمر ورودبوش (JACS، 42، 1419) وصف الرابطة الهيدروجينية في أفضل صورها المعروفة ، في الماء ، بعد بضع سنوات.

الرابطة الهيدروجينية في الماء

المثال الأكثر شيوعًا على الترابط الهيدروجيني هو الماء.

في جزيء الماء المعزول ، توجد ذرتان هيدروجين وذرة أكسجين واحدة. يمكن لجزيئين من الماء تكوين رابطة هيدروجينية بينهما. في أبسط أشكاله ، عندما يكون هناك جزيئين فقط ، يُطلق عليه اسم ديمر الماء وغالبًا ما يستخدم كنظام نموذجي. كلما زاد عدد الجزيئات ، كما هو الحال في الماء السائل ، كلما زاد عدد الروابط الممكنة لأن الأكسجين الموجود في جزيء الماء له زوجان وحيدان من الإلكترونات ، يمكن لكل منهما تكوين روابط هيدروجينية مع ذرات الكربون. الهيدروجين من الذرتين الأخريين. جزيئات الماء يمكن تكرار هذا ، بحيث يكون كل جزيء ماء مرتبطًا هيدروجينًا بما يصل إلى أربعة جزيئات ماء أخرى ، كما هو موضح في الشكل (اثنان من خلال أزواج وحيدة ، واثنان من خلال ذرات الهيدروجين. الذات).

ترجع نقطة غليان الماء المرتفعة إلى العدد الكبير من الروابط الهيدروجينية التي يمتلكها كل جزيء فيما يتعلق بكتلته الجزيئية المنخفضة ، وبسبب القوة العالية لهذه الروابط الهيدروجينية. يحتوي الماء على نقاط غليان وانصهار ولزوجة عالية جدًا ، مقارنة بالمواد الأخرى غير المرتبطة بروابط هيدروجينية. سبب هذه السمات هو صعوبة كسر هذه الروابط. الماء فريد من نوعه من حيث أن ذرات الأكسجين بها زوجان منفردان وذرتان هيدروجين ، مما يعني أن العدد الإجمالي للروابط في جزيء الماء هو أربعة. على سبيل المثال ، فلوريد الهيدروجين – الذي يحتوي على ثلاثة أزواج منفردة في ذرة الفلور ، ولكن ذرة هيدروجين واحدة فقط – يمكن أن يحتوي فقط على زوجين في المجموع. الأمونيا لديها مشكلة معاكسة: ثلاث ذرات هيدروجين ، ولكن زوج واحد فقط.

HF… HF… HF

العدد الدقيق للروابط الهيدروجينية التي يشارك فيها الجزيء في الماء السائل

يتقلب بمرور الوقت ويعتمد على درجة الحرارة. من عمليات محاكاة الماء السائل TIP4P عند 25 درجة مئوية ، يُقدر أن كل جزيء ماء يشارك في متوسط ​​3.59 روابط هيدروجينية. عند 100 درجة مئوية ، ينخفض ​​هذا الرقم إلى 3.24 بسبب زيادة الحركة الجزيئية وما يترتب على ذلك من انخفاض في الكثافة ، بينما عند 0 درجة مئوية ، يزيد متوسط ​​عدد الروابط الهيدروجينية إلى 3.69. أظهرت دراسة حديثة عددًا أقل بكثير من الروابط الهيدروجينية: 2357 عند 25 درجة مئوية 8 قد تكون هذه الاختلافات ناتجة عن استخدام طريقة مختلفة لتحديد وحساب الروابط الهيدروجينية.

عندما تكون قوة الرابطة أكثر تساويًا ، يمكن تقسيم ذرات جزيئين من الماء إلى اثنين من أيونات متعددة الذرات ذات شحنة معاكسة ، وخاصة الهيدروكسيد (OH- والهيدرونيوم (H3O +)). (تُعرف أيونات الهيدرونيوم أيضًا باسم أيونات الهيدروكسونيوم.)

H O – H 3 O +

ومع ذلك ، في الماء النقي تحت الظروف العادية للضغط ودرجة الحرارة ، نادرًا ما تكون هذه الصيغة الأخيرة قابلة للتطبيق. في المتوسط ​​، يتبرع كل 5.5 × 108 جزيء ببروتون إلى جزيء ماء آخر ، وفقًا لثابت تفكك الماء في ظل هذه الظروف. هذا جزء مهم من تفرد الماء.

روابط هيدروجينية متشعبة ومفرطة التنسيق في الماء

قد يحدث أن تشارك ذرة هيدروجين في رابطتين هيدروجينيتين بدلاً من رابطة واحدة. يسمى هذا النوع من الارتباط “مضغوط”. لقد تم اقتراح أن الرابطة الهيدروجينية التشعبية هي خطوة أساسية في إعادة توجيه المياه. 9

متقبلات الرابطة الهيدروجينية (التي تشكل فروعًا بها أزواج وحيدة من ذرات الأكسجين (تنتهي فعليًا بـ “أكسجين”)) أكثر وفرة من المتبرعين 10

الرابطة الهيدروجينية في الجزيئات الكبيرة والبوليمرات

تحدد الروابط الهيدروجينية بنية وخصائص أنظمة الجزيئات المختلفة ، سواء من أصل طبيعي أو اصطناعي. ترتبط جزيئات البوليمر الطبيعية مثل البروتينات (الحرير ، حرير العنكبوت ، الكيراتين ، الفيبروين ، إلخ) أو بعض السكريات الهيكلية مثل السليلوز أو الكيتين ارتباطًا كبيرًا بالروابط الهيدروجينية. وبالمثل ، ترتبط الجزيئات الكبيرة للعديد من البوليمرات الاصطناعية مثل البولي أميد أو البولي يوريثان بدرجات متفاوتة بواسطة روابط هيدروجينية. 11

روابط الهيدروجين في الحمض النووي والبروتينات

يلعب الارتباط الهيدروجيني أيضًا دورًا مهمًا في تحديد الهياكل ثلاثية الأبعاد التي تعتمدها البروتينات والأحماض النووية. في هذه الجزيئات الكبيرة ، تتسبب الرابطة الهيدروجينية بين أجزاء الجزيء في الانحناء بطريقة معينة ، مما يساعد على تحديد الدور الفسيولوجي أو الكيميائي الحيوي للجزيء. على سبيل المثال ، يرجع التركيب الحلزوني المزدوج للحمض النووي بشكل أساسي إلى الترابط الهيدروجيني بين أزواج القواعد التي تربط خيطًا تكميليًا بآخر وتسمح بالنسخ المتماثل.

في البروتينات ، تتشكل روابط الهيدروجين بين ذرات الأكسجين الهيكلية وذرات الهيدروجين الأميد. يتم تشكيل حلزون ألفا عندما يكون التباعد بين بقايا الأحماض الأمينية المتضمنة في الرابطة الهيدروجينية بين الموضعين i و i + 4 منتظمًا. عندما تكون المسافة أصغر ، بين الموضعين i و i + 3 ، يتم تكوين حلزون 3 10. تتشكل ورقة بيتا عندما يتم ربط خيطين بواسطة روابط هيدروجينية تتضمن متبقيات متبادلة من كل خيط مشارك. تشارك الروابط الهيدروجينية أيضًا في تكوين البنية الثلاثية للبروتينات من خلال تفاعل مجموعات R.

الرابطة الهيدروجينية المتماثلة

الرابطة الهيدروجينية المتماثلة هي نوع خاص من الرابطة الهيدروجينية حيث تقع نواة الهيدروجين بالضبط في منتصف المسافة بين ذرتين من نفس العنصر. قوة الرابطة لكل من هذه الذرات متساوية. هذا مثال على رابطة مكونة من ثلاثة مراكز واثنين من الإلكترون. هذا النوع من الروابط أقوى بكثير من الروابط الهيدروجينية “العادية”. ترتيب السندات الفعال هو 0.5 ، لذا فإن قوتها يمكن مقارنتها بالرابطة التساهمية. شوهد العديد من الأحماض اللامائية مثل فلوريد الهيدروجين وحمض الفورميك في الجليد عند ضغوط عالية وكذلك في المرحلة الصلبة. كما شوهد في أنيون ثنائي الفلوريد [FHF].

تمت ملاحظة الروابط الهيدروجينية المتماثلة مؤخرًا بطريقة التحليل الطيفي في حمض الفورميك عند ضغط مرتفع (> GPa). تشكل كل ذرة هيدروجين رابطة تساهمية جزئية مع ذرتين بدلاً من ذرة واحدة. يفترض وجود رابطة هيدروجينية متناظرة في الجليد عند ضغوط عالية (Ice X). تتشكل حواجز رابطة الهيدروجين المنخفضة عندما تكون المسافة بين ذرتين مغايرتين صغيرة جدًا.

رابطة الهيدروجين

يمكن مقارنة الرابطة الهيدروجينية عن كثب برابطة ثنائي الهيدروجين ، وهو أيضًا تفاعل ارتباط بين الجزيئات يشتمل على ذرات الهيدروجين. كانت هذه الهياكل معروفة لبعض الوقت وتميزت بشكل جيد عن طريق التصوير البلوري بالأشعة السينية. ومع ذلك ، فإن فهم علاقتها مع الرابطة الهيدروجينية التقليدية ، والروابط الأيونية ، والروابط التساهمية غير واضح. بشكل عام ، تتميز الرابطة الهيدروجينية بمستقبل البروتون ، وهو زوج وحيد من الإلكترونات في الذرات غير المعدنية (النيتروجين والأكسجين بشكل أساسي). في بعض الحالات ، قد تكون مستقبلات البروتون عبارة عن مدارات pi أو مجمعات معدنية متعددة. ومع ذلك ، في رابطة ثنائي الهيدروجين ، يعمل هيدريد المعدن كمستقبل للبروتون. تشكيل تفاعل الهيدروجين والهيدروجين

أظهر حيود النيوترونات أن الهندسة الجزيئية لهذه المجمعات تشبه الرابطة الهيدروجينية ، بحيث يكون طول الرابطة مناسبًا لأنظمة معقدات المعادن / الهيدروجين.

نظرية الرابطة الهيدروجينية المتقدمة

تم مؤخرا توضيح طبيعة الارتباط. أثبتت ورقة 12 المنشورة على نطاق واسع ، من تفسيرات تباين الخواص في ملف كومبتون للجليد العادي ، أن الرابطة الهيدروجينية تساهمية جزئيًا. تشير بعض بيانات الرنين المغناطيسي النووي على الروابط الهيدروجينية في البروتينات أيضًا إلى الترابط التساهمي.

بشكل عام ، يمكن اعتبار الترابط الهيدروجيني مجالًا عدديًا إلكتروستاتيكيًا يعتمد على المتر بين اثنين أو أكثر من الروابط بين الجزيئات. هذا يختلف قليلاً عن الحالات المرتبطة داخل الجزيء ، على سبيل المثال ، الرابطة التساهمية أو الرابطة الأيونية. ومع ذلك ، لا تزال الرابطة الهيدروجينية ظاهرة حالة محدودة ، حيث أن طاقة التفاعل لها صافي مجموع سلبي. اقترحت نظرية الرابطة الهيدروجينية المبكرة التي اقترحها لينوس بولينج أن الروابط الهيدروجينية تساهمية جزئيًا. ظلت هذه نتيجة مثيرة للجدل حتى أواخر التسعينيات ، عندما استخدم F. Cordier et al. تقنيات الرنين المغناطيسي النووي. لنقل المعلومات بين النوى المرتبطة بالهيدروجين ، وهي ميزة لا يمكن تحقيقها إلا إذا كانت الرابطة الهيدروجينية تحتوي على بعض الخصائص التساهمية.

الظواهر التي تسببها الرابطة الهيدروجينية

• نقطة غليان أعلى بكثير لـ NH 3 و H 2 O و HF ، مقارنة بالنظائر الأثقل PH 3 و H 2 S و HCl.
• لزوجة حامض الفوسفوريك اللامائي والجلسرين.
• تكوين الثنائيات في الأحماض الكربوكسيلية والسداسيات في فلوريد الهيدروجين ، والذي يحدث حتى في الطور الغازي ، ونتيجة لذلك ، يتم إنشاء العديد من الانحرافات عن قانون الغاز المثالي.
• يتم تفسير قابلية الذوبان العالية للعديد من المركبات مثل الأمونيا في الماء من خلال الترابط الهيدروجيني مع جزيئات الماء.
• الخليط الأزيوتروبي السلبي من HF والماء.
• – يحدث ترسيب NaOH جزئيًا بسبب تفاعل OH مع الرطوبة لتكوين أنواع H 3 O 2 – روابط الهيدروجين. تحدث عملية مماثلة بين NaNH 2 و NH 3 وبين NaF و HF.
• ترجع حقيقة أن الجليد أقل كثافة من الماء السائل إلى تركيبته البلورية ، والتي يتم تثبيتها بواسطة روابط الهيدروجين.
• يمكن أن يتسبب وجود روابط الهيدروجين في حدوث حالات شاذة في التسلسل الطبيعي لحالات التجميع لخلائط معينة من المركبات الكيميائية ، مع زيادة درجة الحرارة أو انخفاضها. يمكن أن تكون هذه المركبات سائلة حتى درجة حرارة معينة ، ثم صلبة حتى مع ارتفاع درجة الحرارة ، وأخيراً سائلة عندما ترتفع درجة الحرارة فوق “النطاق غير الطبيعي”. 13
• يستخدم المطاط الذكي الرابطة الهيدروجينية باعتبارها الشكل الوحيد من الترابط ، لذلك يمكنه “إصلاح” نفسه عند ثقبه ، حيث يمكن أن تظهر روابط هيدروجينية جديدة بين سطحين من البوليمر.

رابطة هيدروجينية أو رابطة هيدروجينية

كل من الرابطة الهيدروجينية والرابطة الهيدروجينية صحيحة ولكن لها معاني مختلفة جدًا. في هذه الحالة ، المصطلح الذي يشير إلى القوة الكهروستاتيكية شديدة الجاذبية بين ذرة كهربية وسلبية ذرة هيدروجين متصلة بذرة كهرسلبية أخرى هو الرابطة الهيدروجينية. في اللغتين الإسبانية والإنجليزية ، أصبح مصطلح جسر الهيدروجين شائعًا ، لكن هذا الاسم غير صحيح ولا ينصح به ، على الرغم من أنه لا يزال مستخدمًا في العديد من الكتب المدرسية.

وفقًا لـ IUPAC ، فهو مكتوب باللغة الإنجليزية على هيئة رابطة هيدروجينية (رابطة هيدروجينية) وليس رابطة هيدروجينية (رابطة مع جسر هيدروجين) أو جسر هيدروجين (جسر هيدروجين). لذلك ، يجب إجراء ترجمة مباشرة لجميع اللغات الأخرى ، بما في ذلك الإسبانية ، وبالتالي فإن المصطلح الصحيح هو الرابطة الهيدروجينية.

نشأ الخلط بين هذين المصطلحين باللغة الإنجليزية وانتشر إلى لغات أخرى. تم تصحيح المصطلح لاحقًا باللغة الإنجليزية ، ولكن في بعض اللغات ، مثل الإسبانية ، كان الخطأ عميقًا جدًا. لدرجة أنه من الشائع قراءة الكتب المدرسية الحديثة التي تستمر في إساءة استخدام المصطلح. بالإضافة إلى ذلك ، فإن حقيقة أن الرابطة الهيدروجينية ليست رابطة كيميائية ، بل رابطة بين الجزيئات ، قد فضلت استخدام كلمة جسر ، والتي تتجنب الارتباك في التفكير في أن الرابطة الهيدروجينية هي رابطة كيميائية تعادل الرابطة التساهمية. Uni – غالبًا ما تُستخدم كلمة جسر في الكتب المدرسية بالمدارس الثانوية حتى لا يخلط الطلاب الذين ليسوا على دراية بمصطلحات الكيمياء بين المفاهيم. في مجالات مثل علم العقاقير ، وعلم الأحياء ، وعلم الوراثة ، والهندسة ، وما إلى ذلك ، يمكنك أيضًا العثور على كتب لا تتقن المصطلحات الكيميائية بشكل كامل واستخدام كلمة جسر للإشارة إلى هذا التفاعل ، لكن استخدامها لا يزال خاطئًا.

في الواقع ، لا علاقة للرابط الهيدروجيني بالرابط الهيدروجيني.

الروابط الهيدروجينية هي روابط تساهمية غير تقليدية تتشكل لتثبيت مركب معين. على سبيل المثال ، في حالة البوران ، يكون أبسط البورون (BH 3) غير مستقر ، لأن البورون في هذا الجزيء يمكن أن يحتوي فقط على إلكترونات التكافؤ الستة المتوقعة وليس الإلكترونات الثمانية المتوقعة في عناصر الفترة الثانية ، والتي يتم تثبيتها من خلال وجود ثمانية إلكترونات تكافؤ. . نتيجة لذلك ، يميل ثلاثي هيدريد البورون إلى الاتحاد مع جزيء آخر لتكوين ثنائي البوران B 2 H 6 ، حيث يتم تكوين رابطتين هيدروجينيتين بحيث يكون لكل بورون ثمانية إلكترونات تكافؤ ، وبالتالي يكون تكوين الغاز النبيل (في هذه الحالة نيون) متاحًا. تتكون كل رابطة هيدروجينية بواسطة BHB ، وعلى عكس الرابطة التساهمية العادية ، حيث يتم استخدام إلكترونين لربط ذرتين (2c-2c) ، يتم استخدام زوج واحد من الإلكترونات لربط جميع الذرات الثلاث. 3 ج – 2 هـ). لذلك ، يتلقى كل بورون الإلكترونات الثمانية التي يحتاجها لتحقيق الاستقرار. وهذا ما يسمى “الرابطة الهيدروجينية” والتي لا علاقة لها ب “الرابطة الهيدروجينية”.

تم وصف حالة الديبوران ، ولكن هناك العديد من أنواع البوران ذات الهياكل الأكثر تعقيدًا والعديد من أنواع الروابط بصرف النظر عن الرابطة الهيدروجينية. هذه هي الروابط المختلفة التي يمكن أن يوفرها Burans

• BH = 2c-2e رابطة البورون الهيدروجينية

• BHB = 3c-2e رابطة هيدروجينية
• BB = 2c-2e أدخل boro-boro
• BBB = رابطة 3c-2e مع جسر بورون مفتوح
• BBB = 3c-2e رابطة بورون مغلقة

الغرض من شرح بنية البوران وروابطها هو جعل القارئ يفهم أن الرابطة الهيدروجينية لها طبيعة مختلفة تمامًا عن الرابطة الهيدروجينية.

الرابطة التساهمية

تحدث الرابطة التساهمية في ذرتين غير فلزيتين عندما تترابطان وتتشاركان إلكترونًا واحدًا أو أكثر من المستوى الأخير ، ومثال على دحرجة اثنين وواحد على حجر النرد هو النتيجة الأولى للتسلسل المنطقي ولكن ليس المجموع مثل ضعف الواحد. (إلكترونات التكافؤ) 1 (باستثناء الهيدروجين ، الذي يستقر بامتلاك إلكترونين) للوصول إلى قاعدة الثمانيات. فرق الكهربية بين الذرات ليس كبيرًا بما يكفي لحدوث الترابط الأيوني. من أجل تكوين رابطة تساهمية ، من الضروري أن يكون فرق الكهربية بين الذرات أقل من 1.7. 2

بهذه الطريقة ، تشترك ذرتان في زوج واحد أو أكثر من الإلكترونات في نوع جديد من المدار يسمى المدار الجزيئي. تتشكل الروابط التساهمية بين ذرات عنصر غير فلزي ، وبين غير فلزات مختلفة ، وبين غير فلز وهيدروجين. 3 4

عندما تترابط الذرات غير المعدنية معًا في شكل أيوني ، تكون إحداهما أكثر كهرسلبية من الأخرى ، لذلك تجذب سحابة الإلكترون الرابطة إلى نواتها ، مما ينتج عنه ثنائي القطب الكهربائي. 5 يسمح هذا الاستقطاب لجزيئات المركب أن تنجذب إلى بعضها البعض بواسطة قوى كهروستاتيكية ذات قوى مختلفة.

على العكس من ذلك ، عندما تكون ذرات نفس العنصر غير المعدني مرتبطة تساهميًا ، يكون فرق كهرسلبيتها صفرًا ولا يتم تكوين ثنائي القطب. ليس للجزيئات عمليا أي جاذبية لبعضها البعض.

باختصار ، في الرابطة الأيونية ، يحدث انتقال الإلكترونات من ذرة إلى أخرى ، وفي الرابطة التساهمية ، تشترك كلتا الذرتين في الإلكترونات الرابطة. في الرابطة التساهمية ، تشترك ذرتان غير معدنيتين في إلكترون واحد أو أكثر ، أي أنهما يتحدان معًا من خلال إلكتروناتهما في المدار الأخير ، والذي يعتمد على العدد الذري المطلوب. يمكن أن تشترك ذرتان في زوج واحد أو اثنين أو ثلاثة أزواج من الإلكترونات ، مما يؤدي إلى تكوين رابطة واحدة أو مزدوجة أو ثلاثية على التوالي. في بنية لويس ، يمكن تمثيل هذه الروابط بخط صغير بين الذرات.

تاريخ

مصطلح “التكافؤ” فيما يتعلق بالترابط تم صياغته لأول مرة في عام 1919 من قبل إيرفينغ لانجموير في مقال في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية بعنوان “ترتيب الإلكترونات في الذرات والجزيئات”. ” مستخدم. كتب لانجموير في ذلك: “نستخدم مصطلح التساهمية لتحديد عدد أزواج الإلكترونات التي تشترك فيها ذرة معينة مع جيرانها”. 6

يمكن إرجاع فكرة الترابط التساهمي إلى جيلبرت ن. تبعه لويس ، واصفًا في عام 1916 تبادل أزواج الإلكترونات بين الذرات. 7 قدم رمز لويس أو رمز نقطة الإلكترون أو بنية لويس النقطية ، حيث يتم تمثيل إلكترونات التكافؤ (تلك الموجودة في الغلاف الخارجي) كنقاط حول الرموز الذرية. تمثل أزواج الإلكترونات بين الذرات روابط تساهمية. تمثل الأزواج المتعددة روابط متعددة مثل السندات المزدوجة والسندات الثلاثية. شكل بديل للتمثيل ، غير موضح هنا ، يحتوي على أزواج روابط إلكترونية تظهر كخطوط صلبة.

اقترح لويس أن الذرة تشكل روابط تساهمية كافية لتشكيل غلاف إلكتروني خارجي (أو مغلق) كامل. في مخطط الميثان الموضح هنا ، تكافؤ ذرة الكربون أربعة ، وبالتالي فهي محاطة بثمانية إلكترونات (قاعدة الثمانيات) ، وأربعة إلكترونات من الكربون نفسه وأربعة إلكترونات من الهيدروجين مرتبطة به. كل هيدروجين له تكافؤ ويحيط به إلكترونان (قاعدة ثنائية) ، إلكترون خاص به بالإضافة إلى واحد من الكربون. يتوافق عدد الإلكترونات مع الأصداف الكاملة في نظرية الكم للذرة. الغلاف الخارجي لذرة الكربون هو n = 2 shell ، الذي يحتوي على ثمانية إلكترونات ، بينما الغلاف الخارجي (الوحيد) لذرة الهيدروجين هو n = 1 shell ، الذي يحتوي على عنصرين أو أكثر.

بينما توفر فكرة الأزواج المشتركة من الإلكترونات صورة نوعية فعالة للرابطة التساهمية

ميكانيكا الكم ضرورية لفهم طبيعة هذه الروابط والتنبؤ بهياكل وخصائص الجزيئات البسيطة. قدم والتر هيتلر وفريتز لندن أول تفسير ناجح للرابطة الكيميائية باستخدام ميكانيكا الكم ، وتحديدًا الهيدروجين الجزيئي ، في عام 1927.8 واستند عملهم إلى نموذج رابطة التكافؤ ، الذي يفترض أن الرابطة الكيميائية تتشكل عندما يكون هناك تطابق جيد بين المدارات الذرية للذرات المشاركة.

تتمتع هذه المدارات الذرية بعلاقات زاوية محددة مع بعضها البعض ، وبالتالي يمكن لنموذج رابطة التكافؤ أن يتنبأ بنجاح بزوايا الرابطة التي لوحظت في الجزيئات البسيطة.

ومع ذلك ، فإن نظرية الرابطة التساهمية ، أو كفكرة مشاركة الإلكترون على أساس الذرة المكعبة ، واجهت العديد من المشاكل المفاهيمية ، لأن هذه النظرية كانت لها منافسة مع نموذج الرابطة الأيونية. على الرغم من التنافس بين هاتين النظريتين ، تم قبول نظرية الرابطة التساهمية حتى عام 1920. نياز ومارودريغيز في نصهما Historia y filosofía de las ciencias: necesidad de su insertporationa en las textos تذكر جامعة ciencias أن لويس يدرك أن الهيكل المكعب لا يمكن أن يمثل الرابطة الثلاثية ويقترح وجهًا بديلاً. أبطئها بأربع ذرات . لسنوات ، افترض لويس أنه إذا كانت إلكترونات الذرة تتزاوج مغناطيسيًا ، فمن السهل أن نرى كيف يمكن لإلكترونين غير متزاوجين في ذرات مختلفة أن يقترنوا مغناطيسيًا لتشكيل رابطة غير قطبية.

أنواع المواد التساهمية

هناك نوعان من المواد التساهمية:

المواد التساهمية الجزيئية: تشكل الروابط التساهمية جزيئات لها الخصائص التالية: 9 10

• درجة انصهار وغليان منخفضة.
• في ظل الظروف العادية للضغط ودرجة الحرارة (25 درجة مئوية) يمكن أن تكون صلبة أو سائلة أو غازية. ( عن
• هم لينة في الحالة الصلبة.
• هم عوازل التيار الكهربائي والحرارة.
• الذوبان: الجزيئات القطبية قابلة للذوبان في المذيبات القطبية والجزيئات غير القطبية قابلة للذوبان في المذيبات غير القطبية (مثل المذيبات المماثلة).
• على سبيل المثال: ثاني أكسيد الكربون والبنزين والأكسجين والنيتروجين.

المواد التساهمية الشبكية أو الشبكية: بالإضافة إلى ذلك ، تشكل المواد التساهمية شبكات بلورية لعدد غير محدود من الذرات المشابهة للمركبات الأيونية التي لها هذه الخصائص: 10

• درجة انصهار وغليان عالية.
• إنها صلبة في ظل الظروف العادية.
• إنها مواد صلبة للغاية.
• هم عوازل (باستثناء الجرافيت).
• إنها غير قابلة للذوبان.
• مثال: كوارتز ، ماس.

تعريف الرابطة التساهمية

ضع في اعتبارك ذرات الهيدروجين: عندما يتم تقريبها من بعضها البعض ، تصبح القوى التي تجذب كل إلكترون إلى نواة الذرة الأخرى مهمة ، حتى يتم تحييد هذه القوى الجاذبة عن طريق التنافر الذي تشعر به الإلكترونات تجاه بعضها البعض. عند هذه النقطة ، يمثل الجزيء التكوين الأكثر استقرارًا.

ما حدث هو أن مداري كلا الإلكترونين يتداخلان ، بحيث أصبح من المستحيل الآن معرفة أي ذرة ينتمي إليها كل إلكترون.

وفقًا للكيميائيين S. See و G. William Daub ، في جزيء الهيدروجين ، كما هو الحال في جميع المواد التساهمية ، يجب مراعاة أربعة جوانب:

أولاً:

تختلف خصائص الذرات الفردية غير المجمعة اختلافًا كبيرًا عن خصائص الجزيئات. لهذا السبب ، عند كتابة الصيغة الكيميائية للهيدروجين ، يجب كتابتها كـ H 2 ، لأنها جزيء ثنائي الذرة.

ثانية:

تجذب النواتان الموجبتان إلكترونين لإنتاج جزيء أكثر استقرارًا من الذرات المعزولة ، مما يؤدي إلى تكوين رابطة ، مما ينتج عنه جزيء أكثر استقرارًا من الجزيء السابق. بسبب الجاذبية التي تمارسها النوى على الإلكترونين ، فإن التنافر بينهما متوازن ، وبالتالي من المرجح أن يوجد الإلكترون في مكان ما بين النوى.

ثالث:

يجب أن تكون المسافة بين النوى بحيث تتداخل مدارات 1s أكثر. في حالة جزيء الهيدروجين ، تبلغ المسافة بين النوى 0.74 Å تقريبًا. خلاف ذلك ، فإن المسافة بين ذرتين مترابطتين تساهميًا تسمى طول الرابطة.

رابعا:

يتطلب الأمر 52.0 سعرة حرارية “لكسر” الروابط التساهمية في 1.0 جم من غاز الهيدروجين وتشكيل ذرة هيدروجين. 11

ومع ذلك ، عندما تكون الذرات مختلفة ، فإن الإلكترونات المشتركة لا تنجذب بشكل متساوٍ ، لذلك تميل إلى الانجذاب نحو الذرات الأكثر كهرسلبية ، أي الذرة ذات الشهية الأكبر للإلكترونات. تسمى هذه الظاهرة قطبية كلوريد البولي ألومنيوم (PAC) (الذرات ذات القدرة الكهربية الأعلى تكتسب قطبية أكثر سلبية وتسحب الإلكترونات المشتركة نحو نواتها) وتؤدي إلى إزاحة الشحنات داخل الجزيء.

يمكن القول أن أكثر ذرات كهربية لا تحب مشاركة إلكتروناتها مع ذرات أخرى ، وفي الحالة القصوى ، تريد أن يُعطى لها الإلكترون دون قيد أو شرط وبالتالي يتم تكوين رابطة أيونية. ومن ثم ، يقال أن الروابط التساهمية القطبية لها بعض الخصائص الأيونية.

عندما يكون هذا الاختلاف بين 0 و 1.7 ، فإن الحرف التساهمي هو الذي يسود في حالة رابطة CH. ومع ذلك ، وفقًا للكيميائي ريموند تشانغ ، يجب أن يكون فرق الكهربية بين الذرات 2.0 أو أكثر حتى يتم اعتباره رابطة أيونية.

اعتمادًا على الاختلاف في الكهربية ، يمكن تصنيف الروابط التساهمية على أنها تساهمية قطبية وتساهمية نقية أو غير قطبية. إذا كان فرق الكهربية بين 0.4 و 1.7 ، فإن الرابطة التساهمية تكون قطبية ، وإذا كانت أقل من 0.4 ، فإن الرابطة التساهمية تكون غير قطبية.

عندما يكون فرق الكهربية صفر (ذرتان متساويتان) ، تكون الرابطة المتكونة تساهمية نقية. بالنسبة لفرق كهرسلبية يبلغ 1.9 ، يصل الطابع الأيوني الآن إلى 35٪ ، وبالفرق 3 ، سيكون 49.5٪.

بين الأكسجين أو الفلور وعناصر المجموعة 1 و 2 ، سيكون هذا الاختلاف بحد أقصى وستكون خصائصه الأيونية أيضًا.

الرابطة التساهمية القطبية

في الرابطة التساهمية القطبية ، يتم تقاسم الإلكترونات بشكل غير متساو بين الذرات وتقضي وقتًا أطول بالقرب من ذرة واحدة أكثر من الأخرى. 12 بسبب التوزيع غير المتكافئ للإلكترونات بين ذرات العناصر المختلفة ، تظهر الشحنات الموجبة قليلاً (+) والسالبة قليلاً (δ–) في أجزاء مختلفة من الجزيء.

في جزيء الماء ، تكون الرابطة التي تربط الأكسجين بكل هيدروجين رابطة قطبية. الأكسجين ذرة كهربية أكثر بكثير من الهيدروجين ، لذا فإن الأكسجين الموجود في الماء مشحون جزئيًا سالبًا (كثافة إلكترون عالية) ، بينما يحمل الهيدروجين شحنة موجبة جزئيًا كلوريد متعدد الألومونيوم (PAC) (كثافة إلكترون عالية). له قاع).

بشكل عام ، تحدد القدرة الكهربية النسبية لذرتين في رابطة ، أي ميلهما لتراكم الإلكترونات المشتركة ، قطبية أو عدم قطبية الرابطة. طالما كان أحد العناصر أكثر كهرسلبية من الآخر ، فإن الرابطة بينهما ستكون قطبية. هذا يعني أن أحد الطرفين سيكون له شحنة موجبة قليلاً والآخر سيكون له شحنة سالبة قليلاً.

أي أنه يتكون من تكوين روابط بين ذرات العناصر المختلفة ، ويجب أن يكون فرق الكهربية أكبر من 0.4. في هذه الرابطة ، تنجذب الإلكترونات بشكل أساسي إلى نواة الذرات الأكثر كهربيًا ، مما ينتج جزيئات تمثل سحابة الإلكترون الخاصة بها منطقة ذات كثافة شحنة سالبة أعلى ومنطقة أخرى ذات كثافة شحنة موجبة أعلى (ثنائي القطب).

الرابطة التساهمية اللاقطبية

تتشكل الروابط التساهمية غير القطبية بين ذرتين من نفس العنصر أو بين ذرات من عناصر مختلفة تشترك في الإلكترونات بشكل متساوٍ إلى حد ما. 12 على سبيل المثال ، الأكسجين الجزيئي غير قطبي لأن الإلكترونات مشتركة بالتساوي بين ذرتي الأكسجين.

يمكن العثور على مثال آخر للرابطة التساهمية غير القطبية في الميثان. يحتوي كربون كلوريد الألمنيوم (PAC) على أربعة إلكترونات في غلافه الخارجي ويحتاج إلى أربعة إلكترونات أخرى ليصبح ثماني بتات مستقرة. إنها تحققها من خلال مشاركة الإلكترونات مع أربع ذرات هيدروجين ، كل منها توفر إلكترونًا واحدًا. وبالمثل ، تحتاج كل ذرات الهيدروجين إلى إلكترون إضافي لملء غلافها الخارجي ، والتي تتلقاها في شكل إلكترونات مشتركة من الكربون. على الرغم من أن الكربون والهيدروجين لا يمتلكان نفس القدرة الكهربية تمامًا ، إلا أنهما متشابهان تمامًا ، لذلك تعتبر روابط الكربون والهيدروجين غير قطبية.

أنواع مختلفة من الروابط التساهمية

رابط بسيط:

• زوج إلكتروني مشترك
• الذي يتكون من إلكترون ينتمي إلى آخر مستوى طاقة لكل ذرة
• ويشار إليه بخط. مثال: HH ، Cl-Cl

ارتباط مزدوج:

• بواسطة اثنين من أزواج الإلكترون المشتركة ،
• أي أنه يتكون من إلكترونين ينتميان إلى آخر مستوى طاقة لكل ذرة
• ويمثلها خطان متوازيان. مثال: OR = OR

• رابطة ثلاثية: تتكون من ثلاثة أزواج إلكترونية مشتركة ، أي بولي ألومنيوم كلوريد (PAC) بواسطة ثلاثة إلكترونات تنتمي إلى آخر مستوى طاقة لكل ذرة ويظهر بثلاثة خطوط متوازية. مثال: N≡N

• الرابطة التساهمية أو التنسيق Dative: هذا زوج إلكترون مشترك بين ذرتين ، لكن كلا الإلكترونين يتكونان من نفس الذرة. يشار إليه عادة بسهم (→).

مثال على الأنواع الكيميائية التي لها رابطة إحداثي أيون الأمونيوم (NH 4 1+). يتكون أيون الأمونيوم من البروتون والأمونيا.

تُعرف المركبات التي توجد بها روابط الإحداثيات باسم مركبات التنسيق.

عادة ما ترتبط المركبات المنسقة ، التي تسمى أيضًا المجمعات ، بالعديد من الأنيونات المحيطة المعروفة باسم الروابط.

الرابطة الأيونية

الرابطة الأيونية أو 1 هي نتيجة التجاذب الكهروستاتيكي بين أيونات إشارة مختلفة وفقًا لتكافؤ العناصر وعدد الإلكترونات التي يجب فقدها أو اكتسابها لإكمال الطبقات ، أي طبقة. موجب كهربائي بقوة والآخر بقوة كهربية. 2 يحدث هذا عندما تأخذ إحدى الذرات إلكترونات من الأخرى في الرابطة. يتسبب التجاذب الكهروستاتيكي بين الأيونات ذات الشحنة المعاكسة في اتحادها وتشكيل مركب كيميائي بسيط ، حيث لا تذوب. لكن أحدهما يعطي والآخر يأخذ. من أجل تكوين رابطة أيونية ، يجب أن يكون الفرق (دلتا) في الكهربية أكبر من أو يساوي 1.7. (مقياس البولينج). 3

وتجدر الإشارة إلى أنه لا توجد رابطة أيونية تمامًا ، فستكون هناك دائمًا مساهمة في الرابطة يمكن أن تُعزى إلى مشاركة الإلكترونات في نفس الرابطة (التساهمية). 4 نموذج الرابطة الأيونية هو مبالغة مناسبة لأنه يمكن الحصول على العديد من البيانات الديناميكية الحرارية بدقة كبيرة إذا تم التعامل مع الذرات على أنها أيونات وليس هناك مشاركة للإلكترونات.

نظرًا لأن العناصر المعنية بها اختلافات كبيرة في الكهربية ، تحدث هذه الرابطة عادةً بين مركب معدني ومركب غير معدني. 5 هناك انتقال كامل للإلكترون من ذرة 6 إلى أخرى ، مكونًا أيونات ذات علامات مختلفة. يتبرع المعدن بواحد أو أكثر من الإلكترونات ، مما ينتج عنه أيونات موجبة الشحنة أو كاتيونات بتكوين إلكتروني ثابت من الشحنة السالبة 7. تدخل هذه الإلكترونات بعد ذلك إلى اللافلزات وتشكل أيونًا أو أنيونًا ، والذي يحتوي أيضًا على تكوين إلكتروني ثابت من كلوريد متعدد الألومونيوم (PAC) .. إنها مستقرة لأن كلاهما يكتسب 8 إلكترونات في غلافهما الخارجي (غلاف التكافؤ) ، وفقًا للقاعدة الثمانية أو بنية لويس ، على الرغم من أن هذا ليس صحيحًا تمامًا لأن لدينا العديد من الاستثناءات ، مثل الهيدروجين (H) الذي يحتوي على ثماني بتات. حصل عليها. مع إلكترونين ، البريليوم (Be) مع 4 ، والألمنيوم (Al) والبورون (B) محاطين بستة إلكترونات (النوعان الأخيران يشكلان مركبات إضافة حمضية قاعدية للوصول إلى ثمانية إلكترون 8 المعتاد).

تشكل الأيونات شبكات من المركبات البلورية المكونة من أيونات N مشحونة بشكل معاكس مرتبطة ببعضها البعض بواسطة قوى كهروستاتيكية. هذا النوع من الجذب يحدد الخصائص المرصودة. إذا كان الجذب الإلكتروستاتيكي قويًا ، تتشكل جوامد بلورية ذات نقطة انصهار عالية وغير قابلة للذوبان في الماء. إذا كانت الجاذبية أقل ، مثل NaCl ، فإن نقطة الانصهار تكون أيضًا أقل وتكون قابلة للذوبان في الماء بشكل عام وغير قابلة للذوبان في السوائل غير القطبية مثل البنزين أو ثاني كبريتيد الكربون.

ملامح كلوريد البولي الألومنيوم (PAC)

بعض ميزات هذا النوع من الروابط هي:

• الروابط قوية جدًا (تعتمد بشدة على طبيعة الأيونات).
• إنه صلب في درجة حرارة الغرفة وله هيكل بلوري أو شفاف في النظام المكعب. (هناك مركبات أيونية سائلة في درجة حرارة الغرفة تسمى “السوائل الأيونية” أو “الأملاح المنصهرة” مع مجال تطبيق ضخم.)
• نقطة انصهار عالية (بين 300 درجة مئوية و 1000 درجة مئوية) ونقطة غليان (إذا كانت الرابطة ذات طابع تساهمي عالٍ ، فقد تنخفض هذه القيم فجأة)
• وهي روابط ناتجة عن تفاعلات بين معادن المجموعة الأولى والثانية ومجموعة اللافلزات من المجموعة السادسة والسابعة.
• هم ومحاليل أخرى في الماء قابلة للذوبان بسبب ثنائي القطب الموجود في جزيئات الماء. كلوريد البولي ألومنيوم (PAC) قادر على إذابة الأيونات ، وبالتالي تعويض الطاقة الشبكية البلورية. (لا يمكن إذابة جميع المركبات الأيونية بسهولة في الماء ، إما بسبب انخفاض طاقة الذوبان للأيونات أو بسبب الطبيعة التساهمية للمركب الأيوني).
• عند وضعها في محلول مائي ، فهي موصلات ممتازة للكهرباء ، ومنذ ذلك الحين تصبح الأيونات مجانية. 9 (هناك مجموعة متنوعة من المركبات الأيونية القابلة للذوبان بشكل طفيف أو قليل جدًا في محلول مائي ، أيضًا بسبب الطبيعة التساهمية لهذا المركب ولا تسمح للماء بفصل الشبكة البلورية بسهولة ، مما يؤدي إلى الموصلية الضعيفة في المحلول )
• لديها روابط بسيطة فقط.
• في الحالة الصلبة ، لا يقومون بتوصيل الكهرباء لأن الأيونات تحتل مواقع ثابتة جدًا في الشبكة. إذا استخدمنا كتلة من الملح كجزء من الدائرة بدلاً من السلك ، فلن تعمل الدائرة. للاستخدام ، لا يعمل المصباح الكهربائي كجزء من الدائرة ، لذلك ، إذا كان من دلو من الماء ، ولكن إذا قمنا بإذابة الكثير من الملح في الدلو المذكور ، تضيء لمبة الدائرة. هذا يرجع إلى حقيقة أن الأيونات الذائبة للملح يمكن أن تذهب إلى القطب المقابل (من علامتها الخاصة) لبطارية الدائرة ، وبالتالي فهي تعمل. 10

تصنيف البولي ألمنيوم كلوريد (PAC)

هناك نوعان من التصنيفات:

أ) الأنيون: هو أيون ذو شحنة كهربائية سالبة ، مما يعني أن الذرات التي تتكون منها كلوريد الألومنيوم (PAC) تحتوي على إلكترونات إضافية. تصنع الأنيونات عادة من اللافلزات ، على الرغم من أن بعض الأنيونات مصنوعة من معادن ولا فلزات. الأنيونات الأكثر شيوعًا (الرقم الذي يشير إلى الشحنة):

ب) الكاتيون: هو أيون ذو شحنة كهربائية موجبة. أكثرها شيوعًا تتكون من معادن ، 12 ولكن هناك كاتيونات معينة تتكون من غير فلزات.

أنيون

شحنة الأنيون مع الأيونات كهربائية أكثر سالبة ، أي الإلكترونات. 2 الأنيونات أحادية الذرة لها حالة أكسدة سالبة. توصف الأنيونات متعددة الذرات بأنها مجموعات من الذرات المرتبطة بشحنة كهربائية سالبة شاملة تغير حالات الأكسدة الفردية الخاصة بها.

انواع من

هناك ثلاثة أنواع من الأنيونات: أحادية الذرة ومتعددة الذرات وحمضية.

الأنيونات متعددة الذرات

يمكن اعتبارها من جزيء اكتسب إلكترونًا أو من حمض فقد بروتونًا.

التسمية التقليدية

يتم تسميتها بكلمة أيون أو أنيون ، متبوعة بالاسم غير المعدني بولي ألومنيوم كلوريد (PAC) ، والذي ينتهي بـ -ite للتكافؤ المنخفض أو -ate للتكافؤ الأعلى. مثال:

التسمية المنهجية

سميت مثل الأحماض ولكن مسبوقة بكلمة أيون أو أنيون وحذف “الهيدروجين”. مثال:

الأنيونات الحمضية

إنها تأتي من حمض متعدد البروتينات فقد بعض ذرات الهيدروجين كبروتونات. الأحماض متعددة البروتينات (أو الأحماض متعددة القاعدة) هي أحماض تحتوي على أكثر من هيدروجين واحد قابل للتأين.

التسمية التقليدية

يتم تسميتها مثل الأيون المقابل ، ولكن بإضافة كلمة حمض واستخدام البادئات المضاعفة عندما يكون هناك أكثر من واحد.

بالنسبة للأحماض ثنائية البروز (مع اثنين من الهيدروجين في صيغتها) ، لا يزال يتم الاحتفاظ بنظام تسمية قديم ولكن مهمل في التجارة والصناعة. يتضمن ذلك تسمية الأنيون بالبادئة ثنائية.

التسمية المنهجية

يتم تسميتها على أنها الأيون المقابل ولكن مسبوقة بالهيدروجين مع بادئة الضرب المقابلة.

من أجل فهم أفضل ، نقوم بإنشاء مخطط تصنيف ، لأنه ليس تصنيفًا صارمًا.

مخطط تصنيفي

الفئة (أ)

إنها تنتج غازات مع الهيدروكلوريك المخفف أو حمض الكبريتيك: كربونات ، بيكربونات ، كبريتيت ، ثيوسلفات ، كبريتيد ، نتريت ، هيبوكلوريت ، سيانيد ، وسيانات. تشمل العناصر (I) الفلورايد ، الكلوريد ، البروميد ، اليوديد ، النترات ، الكلورات ، البركلورات ، البرومات واليودات ، البورات * ، فيروسيانيد ، فيريسيانيد ، ثيوسيانات ، فورمات ، أسيتات ، أكسالات ، طرطرات وسيترات.

الصف ب)

تفاعلات الترسيب: كبريتات ، بيرسلفات ** ، فوسفات ، فوسفيت ، هيبوفوسفيت ، زرنيخات ، زرنيخيت ، سيليكات ، فلوروسيليكات ، ساليسيلات ، بنزوات ، وسكسينات. تفاعلات الأكسدة والاختزال في المحلول: المنغنات والبرمنجنات والكرومات وثاني كرومات.

الأنيونات المشتركة

مسيرة تحليلية لأكثر الأنيونات شيوعًا

لا يمكن فصل الأنيونات الأكثر شيوعًا في المختبر وكذلك الكاتيونات. في معظم الأوقات يتم اكتشافها مباشرة ، في حين يتم تقسيم الآخرين إلى مجموعات كبيرة تترسب مع الكاتيونات ومن هذه الرواسب ، يتم اكتشاف الأنيونات. ومع ذلك ، فإن تحليل الأنيونات الموجودة في المختبر أصعب بكثير من تحليل الكاتيونات. بشكل عام ، في المختبر ، يتم التنفيذ التحليلي للأنيونات عن طريق إزالة جميع الكاتيونات الموجودة عن طريق الترسيب مع هيدروكسيد الصوديوم أو كربونات الصوديوم. ثم يتم إجراء ثلاثة اختبارات أولية.

عادة ما تصنع الأملاح من الكاتيونات والأنيونات (على الرغم من أن الرابطة ليست أيونية تمامًا ، فهناك دائمًا مساهمة تساهمية).

• خلات
• الحمض النووي أنيون.
• العديد من البروتينات أنيونية في درجة الحموضة الفسيولوجية.