پیوندهای دوگانه و مدلِ گلوله و میله
مولکولِ اکسیژنِ هوا، O₂، فقط دو اتم دارد که هر دو از یک جنس‌اند. اگر هر اتمِ اکسیژن دو الکترون کم داشته باشد، با یک جفت الکترونِ مشترک فقط یک الکترونِ بیشتر به دست می‌آورد. پس دو اتمِ اکسیژن چطور مدارِ هر دو را پر می‌کنند؟
هر اتم چند پیوند می‌دهد؟
در درسِ پیش دیدیم که هر پیوندِ اشتراکی یک الکترون به هر اتم «اضافه» می‌کند. پس هر اتم معمولاً به همان تعداد پیوند می‌دهد که الکترون برای پر شدنِ مدارِ آخرش کم دارد:
| اتم | الکترون‌های مدارِ آخر | کمبود تا پر شدن | تعدادِ پیوند |
|---|---|---|---|
| هیدروژن | ۱ | ۱ (تا ۲) | ۱ |
| اکسیژن | ۶ | ۲ | ۲ |
| نیتروژن | ۵ | ۳ | ۳ |
| کربن | ۴ | ۴ | ۴ |
پیوندِ دوگانه و سه‌گانه
دو اتمِ اکسیژن هر کدام دو الکترون کم دارند. پس به جای یک جفت، دو جفت الکترون را با هم شریک می‌شوند. به این دو پیوندِ اشتراکی میانِ دو اتم پیوندِ دوگانه می‌گوییم و آن را با دو خط نشان می‌دهیم: O=O.
نیتروژن سه الکترون کم دارد. در مولکولِ N₂ دو اتمِ نیتروژن سه جفت الکترون شریک می‌شوند و پیوندِ سه‌گانه می‌سازند. این پیوند آن‌قدر محکم است که نیتروژنِ هوا به‌سختی واکنش می‌دهد؛ برای همین گیاهان نمی‌توانند آن را مستقیم به کار ببرند.
در کربن‌دی‌اکسید، CO₂، کربن با هر اکسیژن یک پیوندِ دوگانه دارد: O=C=O. شمارش کنید: کربن چهار پیوند دارد و هر اکسیژن دو پیوند. همه راضی‌اند.
مدلِ گلوله و میله
شیمی‌دان‌ها برای دیدنِ شکلِ مولکول‌ها از مدلِ گلوله و میله استفاده می‌کنند: هر اتم یک گوی است، با رنگی قراردادی (کربن سیاه، هیدروژن سفید، اکسیژن قرمز، نیتروژن آبی)، و هر پیوند یک میله. پیوندِ دوگانه دو میله است.
با دو کربن چه می‌شود ساخت؟
فرض کنید دو اتمِ کربن و هر تعداد هیدروژن که بخواهید دارید. هر کربن باید در مجموع چهار پیوند داشته باشد:
- اگر دو کربن با یک پیوند به هم وصل شوند، هر کدام سه جای خالی برای هیدروژن دارد: اتان، C₂H₆.
- اگر با پیوندِ دوگانه وصل شوند، هر کدام دو هیدروژن می‌گیرد: اتن، C₂H₄. کمی بعد می‌بینیم که اتن ماده‌ی اولیه‌ی ساختِ پلاستیک است.
- اگر با پیوندِ سه‌گانه وصل شوند، هر کدام یک هیدروژن می‌گیرد: اتین، C₂H₂، که در جوشکاری با شعله‌ی بسیار داغی می‌سوزد.
در خانه امتحان کنید
- با خمیرِ بازی و خلال‌دندان، مولکول‌های O₂، CO₂ و اتن را بسازید. برای پیوندِ دوگانه دو خلال بگذارید.
- مولکولِ آمونیاک (NH₃) را بسازید و بشمارید: نیتروژن چند پیوند دارد؟ با جدول جور است؟
واژه‌های این درس
- پیوندِ دوگانه - دو جفت الکترونِ مشترک میانِ دو اتم.
- پیوندِ سه‌گانه - سه جفت الکترونِ مشترک میانِ دو اتم.
- مدلِ گلوله و میله - نمایشِ مولکول با گوی‌هایی برای اتم‌ها و میله‌هایی برای پیوندها.
ایده‌ی اصلی
هر اتم به اندازه‌ی الکترون‌هایی که برای پر شدنِ مدارِ آخرش کم دارد پیوند می‌دهد: هیدروژن یکی، اکسیژن دو، نیتروژن سه و کربن چهار. گاهی دو اتم دو یا سه جفت الکترون شریک می‌شوند و پیوندِ دوگانه یا سه‌گانه می‌سازند، مثلِ O₂، CO₂ و N₂.