الجزيئات، أي تلك المجموعة مِنَ الذّرات والمرتبطة معًا برابطٍ كيميائيّ، هيَ أجسامٌ صغيرةٌ للغاية، وذلك لأنّ قُطر الذّرة هو أنجسْترُوم تقريبًا – أي 0.0000000001 متر أو عُشر جزء مِنَ المليون من المليمتر- أبعادُ صغيرةُ بكلّ المقاييس. لذا مِنَ الصّعب رؤية الذّرّات والجزيئات بالعين المجردة، ولا بالمجهَرِ أيضًا.
يعرضُ التّطبيق الّذي أمامنا، وبصورةٍ واضحة، أشكالًا لجزيئاتٍ بسيطةٍ مبنيّة من ذرّة مركزيّة ترتبط بها ذرّات أخرى (مثال لجزيء بسيطٍ كهذا هو جزيءُ الماء، وفيه ذرّتا الهيدروجين متّصلتان بذرّة أكسجين واحدة). يعرِضُ التّطبيق المبنى الثّلاثيّ الأبعاد للجزيء، والزّوايا بين ذرّاته، واسم الشّكل الفراغيّ للجزيء. يدُورُ الحديثُ عن أداة عمليّة جدًّا لكلّ مَن يتعلَّم عَن أشكالِ الجزيئاتِ في المرحلة الثّانوية والجامعة. لمشاهدة التّطبيق، قوموا بالضّغط على أسفل الصّورة، وافتحوا الملفّ المرتبط (تطبيق جافا).
أُنتجَ هذا التّطبيق الصّغير في إطار مشروع PhET في جامعة كولورادو
لتنزيل هذا التّطبيق وتشغيله في الحاسوب اضغط هنا
إن لم تنجحوا في تحميل التّطبيق، اقتنُوا برنامج Javaweb. اضغط هنا واعملوا بحسب التّعليمات.
قبل أن نبدأ، تعالَوْا نعرِّف مُصطلحَيْنِ أساسِيَّيْنِ:
الرّابط الكيميائيّ الكوفلنتيّ: هو رابطٌ يتكوّن بين ذرّتين، تتشاركان فيما بينهما بالإلكترونات الموجودة في المدار الأخير لكلّ منهما (هذا مدلول الاسم أيضًا). إذا شاركَت كلّ ذرّة بإلكترونٍ واحدٍ، فيُعرّفُ الرّابط على أنّه رابطٌ فرديّ؛ وإذا شاركَت كلّ ذرّة بزوجِ إلكتروناتٍ، فهذا رابط مُزدوج؛ وإذا شاركَت كلّ ذرّة بثلاثة إلكترونات، فالرّابط ثلاثيّ. عند رسم مبنى الجزيئات، فَمِنَ المتَّبَعِ رسمُ الرّابط الكيميائيّ كخطّ (خطّ واحدٍ للرّابط الفرديّ، وخَطَّيْنِ للرّابط المزدوج، وهكذا). هذا شكل التّأشير الّذي يظهر في التّطبيق.
إذا كانَ الموضوعُ جديدًا أو غيرَ مفهوم بشكلٍ كافٍ، فأنتُم مَدعُوُّونَ إلى مُشاهدة الفيلم القصير الّذي يشرح عَنِ
الرّابط التّساهميّ ( الكوفلنتيّ).
زوجُ إلكترونات غير رابط: الإلكترونات الموجودة في المدار الأخير للذّرّاتِ، والّتي لا تَشتَرِكُ في الرّابط الكيميائيّ، لا تزالُ مؤثّرة على مبنى الجزيء. يحدُثُ ذلك لأنّ التّرابط الكيميائيّ يتِمُّ بواسطة إلكترونات، ولأنّهُ توجد قوّة تنافر كهربائيّة بين الإلكترونات. لهذا فَزَوجُ الإلكترونات غير الرّابط، باستطاعته رَفضُ ذرّات أُخرى وإبعادُها. في التّطبيق، يُشار إلى زوج الإلكترونات غير الرّابط بـ"زوج وحيد".
يُفتَحُ التّطبيق وفيهِ جُزيءٌ مُكوَّنٌ من ثلاثِ ذرّاتٍ – ذرّة مركزيّة واحدة (باللّونِ البنفسجيّ)، وعلى جانبَيها ذرّتانِ باللّون الأبيض. انتبهوا إلى أنّه بإمكانكم تحريك الجزيء بشكلٍ دائريّ، بواسطة الضّغط على المفتاح الأيسر مِنَ الفأرة، على الجزيء وتحريك الفأرة.
نبني الآنَ جزيئاتٍ بأنفسنا. بدايةً نضغطُ على الزّرّ "اِمسحْ كلّ شيء" في الجهة اليُمنى، من أجلِ الحُصُول على ذرّةٍ بدون أربطة. ولأنّنا نريدُ معرفة اسم الشّكل الّذي سنكتشفه، نُشيرُ بِـ V على الإمكانيّات في الجهة اليُسرى في الأسفل ("اسمُ الشّكل الهندسيّ").
من أجل إضافةِ أربطةٍ للجُزيء، يجبُ الضّغطُ على نوع الرّابط الّذي نريد إضافته لَهُ (في الجهة اليُمنى في الأعلى)، وكلّ مرّة نضغطُ فيها، نُضيف ذرّةً أخرى للرّابط، حتّى ستّ ذرّاتٍ كحدٍّ أقصى، ويُمكن إزالة أربطة أضفناها بواسطة الإكس الأحمر الّذي على يمين رسمة الأربطة. انتبهوا كيفَ أنّ الشّكل الهندسيّ يتغيّر كلّما أضيفَت ذرّاتٌ إلى الجزيء.
يُمكن إضافة أزواجٍ مِنَ الإلكترونات غير الرّابطة إلى الجزيء، ورؤية كيف يؤثّر ذلك على الشّكل. نرى أنّ الذّرّات الّتي ترتبط بالذّرّة المركزيّة، وكذلك أزواج الإلكترونات تتنافَرُ فيما بينها، وتُفضِّلُ أن تكونُ في أقصى بُعدٍ مُمكنٍ عن بعضِها البعض.
في مركز الجهة اليُمنى، يُمكن عَرض الزّاوية بين الذّرّات أيضًا – هذه الإمكانيّة متوفِّرةٌ في حالةٍ وجود زاويةٍ فقط، أي عندَ وجودِ ثلاثِ ذرّاتٍ في الجزيء.
للمُتقدِّمينَ في فَهم الموضوع – حاوِلُوا بناءَ أشكالِ الجزيئات التّالية: الماء، (H2O)وفيه ذرّة مركزيّة، وذرّتَانِ مُتّصلَتَانِ هيدروجين (H)، وزوجَانِ غير مُرتبطَيْنِ؛ الأمونيا، (NH3) وفيه ذرّة مركزيّة واحدة نيتروجين( N) ، وثلاث ذرّات هيدروجين حولها، وزوجٌ واحدٌ مِنَ الإلكترونات غير الرّابطة؛ الميثان (CH4) ولا توجد فيه إلكترونات غير رابطة؛ ثاني أُكسيد الكربون (CO2) المكوَّن مِنَ الكربون (C) المرتبِط برابط مُزدوج لذرّتي الأكسجين؛ وأخيرًا كوِّنوا مبنى جزيء سادِسِ فلوريد الأورانيوم (UF6) – وهو غازٌ مُستعملٌ في "تخصيب" اليورانيوم (أعتقد أنّ الإيرانيِّينَ يعرفون الكثير مِن صفاته في هذه الأيام...)، حيثُ إنّ ذرّة اليورانيوم مُحاطة بستّ ذرّات مِنَ الفلور.
تَوَخِّيًا للدِّقَّة العلميّة، تجدُرُ الإشارة إلى أنّ التّطبيقَ يُمكِّن من بناءِ جزيئات لا يُمكن أن توجَد على أرض الواقع أيضًا – على سبيل المثال، ذرّة مُحاطة بستّ ذرّات، والّتي ترتبط كلٌّ منها مَعَ الذّرّة المركزيّة برباط ثلاثيّ (لا يوجد شيءٌ كهذا في الطّبيعة).