الروابط التساهمية Covalent Bonds

يمكن أن تحقق الذرات Atoms أيضا الاستقرار من خلال مشاركة الإلكترونات electrons بين الذرات، تنتج المشاركة رابطة تساهمية covalent bond. هذه الروابط القوية مهمة جدا في علم الأحياء biology لأن عناصر الحياة CHNOPS (الكربون Carbon، الهيدروجين Hydrogen، النيتروجين Nitrogen، الأكسجين Oxygen، الفوسفور Phosphorus، والكبريت Sulfur) عادة تدخل في روابط تساهمية مع أنفسها أو مع بعضها البعض.

يحدث الترابط التساهمي في كثير من الأحيان في الكربون لأن هذا العنصر لديه أربعة إلكترونات في غلافه الخارجي outer shell. ذرة الكربون ليست قوية بما فيه الكفاية لإكتساب أربعة إلكترونات إضافية، لكنها قوية بما فيه الكفاية لتحتفظ بالأربعة إلكترونات التي لديها. وبالتالي فإنها تدخل في مجموعة متنوعة من الروابط التساهمية مع ذرات أو مجموعات من الذرات الأخرى. المجموعة الواسعة من مركبات الكربون التي يمكن تشكيلها هي المسؤولة عن كيمياء الحياة chemistry of life.

العديد من الميكروبات microbes المقيمة في المعدة المجترة ruminant stomach لبقرة cow تنتج الميثان methane أو الغاز الطبيعي natural gas (CH₄) كمنتج جانبي من هضم السليولوز cellulose. هذا الغاز هو مثال جيد لتوضيح الترابط التساهمي بين الكربون والهيدروجين. ذرة الكربون تشارك كل الكترونات غلافها الخارجي الأربعة مع إلكترون من ذرة الهيدروجين، تشكل أربع روابط تساهمية مفردة.

يرسم العلماء غالباً التراكيب الكيميائية chemical structures كصيغ تركيبية، والتي هي، مخططات كيميائية chemical diagrams تبين ترتيب و تنظيم الذرات. في الشكل، كل خط بين الكربون و الهيدروجين (C—H) يمثل رابطة تساهمية واحدة بين زوج من الإلكترونات المشتركة. الجزيئات الأخرى، مثل ثاني أكسيد الكربون carbon dioxide (CO₂)، تشارك زوجين من الإلكترونات، وبالتالي يتم استخدام خطين للإشارة إلى الرابطة التساهمية المزدوجة: O=C=O. ومع ذلك، في جميع الحالات، الذرات الآن مستقرة لأن غلاف الإلكترون الخارجي لكل ذرة امتلأ عبر هذه المشاركة.

الجزيء molecule هو ذرتين أو أكثر تنضم معا عن طريق روابط تساهمية. قد تتكون الجزيئات من نوع واحد فقط من الذرات، كما هو الحال في غاز الأكسجين oxygen gas (O₂)، أو أنها قد تتكون من أنواع مختلفة من الذرات في مواد مثل الماء water (H₂O)، ثاني أكسيد الكربون (CO₂)، وسكر الجلوكوز sugar glucose البسيط (C₆H₁₂O₆). كما يتضح من هذه الأمثلة، أنواع و كميات الذرات (الجزء السفلي) في الجزيء تسمى الصيغة الجزيئية molecular formula. (لاحظ أن وجود ذرة واحدة يمثّل بدون "1" سفلية).

المشتقات derivatives الأبسط من الكربون هي الهيدروكربونات hydrocarbons, جزيئات تتكون فقط من الهيدروجين والكربون. الميثان هو الهيدروكربون الأكثر أهمية. تتكون الهيدروكربونات الأخرى من سلاسل chains من ذرات الكربون، وفي بعض الحالات، قد تكون السلاسل مغلقة لتشكل حلقة ring.

عندما ترتبط الذرات معا لتشكل جزيء، فإنها تؤسس علاقة هندسية geometric relationship يحددها إلى حد كبير توزع الإلكترون electron configuration. لاحظ أنه في الهيدروكربونات المرسومة أن الروابط التساهمية تتوزع بالتساوي حول كل ذرة كربون. تمثل كل هذه الأمثلة من "المشاركة المتساوية" لأزواج الإلكترونات جزيء غير قطبي nonpolar molecule – ليست هناك شحنات كهربائية (أقطاب poles) وتسمى الروابط روابط تساهمية غير قطبية nonpolar covalent bonds.

كل الجزيئات ليست غير قطبية. في الواقع، واحد من الجزيئات الأكثر أهمية في الحياة، الماء، هو جزيء قطبي polar molecule، له قطبين مشحونة كهربائياً. الذرات المتجاورة هنا لا تتشارك أزواج الإلكترونات بالتساوي. بدلاً من ذلك، الأكسجين لديه "جذب" أقوى على الإلكترونات وبالتالي له شحنة سالبة طفيفة. ذرات الهيدروجين تترك بعد ذلك بشحنة موجبة طفيفة. يتكون جزيء الماء بالتالي من رابطة تساهمية قطبية polar covalent bonds.