پیوند کووالانسی

زوج الكترون - الكترون و پيوند كووالانسي






مقدمه :

همانطور كه در مبحث ( وارونگي ميادين الكتريكي ، توجيهي جديد براي توليد زوج ماده - پاد ماده . بر خلاف انتظار ما ، ماده - پاد ماده يكديگر را نابود نمي‌كنند ! ) توضيح داده شد ، الكترونها و ساير ذرات باردار ساكن نيستند و حول محور فرضي خود با سرعت چرخشي بسيار بالايي در حال دوران هستند كه به اين دوران آنها اسپين گفته ميشود . اگر دوران الكترون را موافق چرخش عقربه‌هاي ساعت فرض كنيم و آن را از بالا بنگريم مشاهده ميشود كه :

http://minag.persiangig.com/image/1.gif







امتداد خطوط ميدان از مركز الكترون يا ميدان الكتريكي ، خارج و حول مركز به صورت دوايري تو در تو و پيوسته در مي‌آيد كه ميتوانيم آن را يك ميدان الكتريكي بسته و تا بينهايت در نظر بگيريم ، براي اينكه اين ميدان دايره‌اي شكل هيچ آغاز و پاياني ندارد . همانطور كه ميدانيم ، هرگاه ميدان الكتريكي در فضا برقرار شود ، ميدان مغناطيسي عمود بر امتداد آن پديدار خواهد شد و برعكس آن نيز صادق است كه به مجموعه اين دو ميدان در فضا ، ميدان الكترومغناطيسي گفته ميشود .

http://minag.persiangig.com/image/2.gif





در شكل فوق نماي الكترون ( سطح دايره‌اي قرمز رنگ ) از پهلو و در حال دوران حول محور عمودي نشان داده شده است ، به گونه‌اي كه اگر از بالا به آن بنگريم جهت چرخش آن موافق جهت چرخش عقربه‌هاي ساعت خواهد بود . خطوط افقي سياه رنگ ، ميادين الكتريكي و فلش قرمز رنگ جهت ميدان الكتريكي از روبرو را نشان ميدهد كه در اين صورت جهت فلشهاي آبي رنگ ، جهت ميدان مغناطيسي تشكيل شده را نشان ميدهد . با توجه به دو قطبي بودن الكترون و ذرات باردار ديگر ، آنها ميتواند تشكيل زوج ماده - ماده دهند يعني شكل زير :


http://minag.persiangig.com/image/3.gif







پيوند كووالانسي چيست ؟

بر خلاف تشكيل پيوند يوني ، اتم‌ها براي رسيدن به آرايش گاز نجيب ( آرايش هشت‌تايي ) به جاي از دست دادن يا پذيرفتن الكترون ، آن را ميان خود به اشتراك مي‌گذارند . در اين حالت ميان دو اتم پيوندي بوجود مي‌آيد كه پيوند كووالانسي گفته مي‌شود . به طور مثال پيوند كووالانسي ساده بين دو اتم هيدروژن را در نظر مي‌گيريم . با نزديك شدن اتم‌هاي هيدروژن به يكديگر ، ميان دو الكترون از دو اتم يك نيروي جاذبه مغناطيسي قوي ايجاد مي‌شود ، براي اينكه اين دو الكترون تمايل شديدي براي تشكيل يك زوج الكترون - الكترون و پر كردن يك اوربيتال دارند ( يعني 1S ) . همين وضعيت براي پروتون‌هاي هسته برقرار است ، يعني آنها نيز تمايل به تشكيل يك زوج پروتون - پروتون را دارند ، براي اينكه آنها بار الكتريكي داشته و با دوران ( اسپين ) خود ، ميدان مغناطيسي توليد مي‌كنند كه باعث تشكيل زوج پروتون - پروتون ميشود . در هنگام تشكيل پيوند كووالانسي چنين به نظر ميرسد كه اثر جاذبه مغناطيسي الكترونها و پروتونها نسبت به هم نوع خود بيش‌تر از مجموع نيروهاي دافعه‌اي الكتريكي ميان دو هسته و ميان دو الكترون است و اين دو نيرو در حد فاصلي از هم به تعادل ميرسند كه به آن طول پيوند در ملكول هيدروژن گفته ميشود . آنچه كه مسلم است اين فاصله ثابت نبوده و در حال تغييرات جزيي است كه باعث نوسان و لرزش ملكول هيدروژن ميشود . اين پيوند كووالانسي انرژي‌زا بوده و معادل 436 كيلو ژول بر مول انرژي آزاد مي‌كند كه ناشي از كاهش پتانسيل الكترومغناطيسي موجود در اتم هيدروژن است و ما براي گسستن اين پيوند در ملكول هيدروژن ، مجبوريم اين انرژي را مجددا مصرف كنيم . در واكنش هسته‌اي همجوشي اين فاصله پيوند مابين پروتونها ( هسته‌ها ) فوق‌العاده كم شده و هسته‌هاي جديد تشكيل ميشوند و در نتيجه ، انرژي بسيار زيادي آزاد ميشود ، براي اينكه انرژي پيوند با فاصله پيوند رابطه عكس دارد E≈1/r . يعني هر چه قدر فاصله پيوند كوتاه‌تر شود انرژي پيوند افزايش پيدا خواهد نمود . در اين حالت هسته‌ها مقدار بيشتري از پتانسيل الكترومغناطيسي خود را از دست داده و به صورت تابشهاي الكترومغناطيسي آشكار و دفع خواهند شد . قدر مسلم زوج الكترون - الكترون تشكيل شده متعلق به هر دو لايه 1S از دو هسته يا اتم هيدروژن است و اين زوج در هر دو لايه حضور و چرخش يا دوران خواهد داشت . در واقع انرژي پيوند ملكول هيدروژن مربوط به انرژي پيوند زوج الكترون - الكترون و زوج پروتون - پروتون ميشود ، البته متناسب با طول پيوندي كه برقرار خواهند نمود .