در یک پیوند کووالانسی معمولی، هر اتم را میتوان تأمینکننده یکی از دو الکترون پیوند تصور کرد؛ اما گاهی هر دو الکترون پیوند از یک اتم میآیند. این شیوه تشکیل پیوند را «پیوند داتیو» یا «پیوند کوئوردینانسی» مینامند. برای تشخیص آن باید ساختار لوویس، جفتالکترون ناپیوندی و گونه کمبودالکترون را همزمان ببینیم. در این مقاله ابتدا دهنده و گیرنده جفتالکترون را پیدا میکنیم، تشکیل یونهای آمونیوم و هیدرونیوم را مرحلهبهمرحله مینویسیم، نمایش پیکانی را درست تفسیر میکنیم و با یک تمرین روشن، پیوند داتیو را از پیوند یونی و انتقال کامل الکترون جدا میکنیم.
پیوند داتیو یک شیوه تشکیل پیوند کووالانسی است
پیوند کووالانسی از اشتراک یک جفت الکترون میان دو اتم پدید میآید. اگر پیش از تشکیل پیوند، یک الکترون از هر اتم به این جفت تعلق داشته باشد، آن را حالت معمول تشکیل پیوند کووالانسی در نظر میگیریم. اگر هر دو الکترون جفت پیوندی را یک اتم فراهم کند، پیوند از راه داتیو تشکیل شده است.
تفاوت اصلی در منشأ الکترونها هنگام تشکیل پیوند است، نه در تعداد الکترونهای پیوند. در هر دو حالت، یک پیوند یگانه شامل یک جفت الکترون مشترک است. بنابراین عبارت «پیوند داتیو دو جفت الکترون دارد» نادرست است؛ دهنده یک جفت ناپیوندی خود را برای ساختن همان یک جفت پیوندی در اختیار دو اتم میگذارد.
- پیوند داتیو نوعی پیوند کووالانسی است
- هر دو الکترون پیوند در آغاز از اتم دهنده میآیند
- پیوند یگانه داتیو مانند هر پیوند یگانه یک جفت الکترون دارد
- داتیو را با انتقال کامل الکترون در پیوند یونی یکی ندان
دهنده باید جفتالکترون ناپیوندی در دسترس داشته باشد
اتمی که هر دو الکترون پیوند را فراهم میکند «دهنده جفتالکترون» است. در ساختار لوویس، وجود دستکم یک جفتالکترون ناپیوندی روی این اتم نخستین نشانه دهندهبودن است. نیتروژن در NH₃ و اکسیژن در H₂O نمونههای آشنای دهندهاند.
صرف داشتن الکترون ناپیوندی همیشه به معنی تشکیل قطعی پیوند داتیو نیست. باید گونه دیگری نیز وجود داشته باشد که بتواند آن جفت را بپذیرد و آرایش حاصل از نظر الکترونی ممکن باشد. پس در حل سؤال، یک نقطه یا جفتنقطه را جداگانه نبین؛ ساختار هر دو واکنشدهنده و فرآورده را مقایسه کن.
- ساختار لوویس گونهها را رسم کن
- جفتهای ناپیوندی را روی اتمهای احتمالی علامت بزن
- اتم دارای جفت ناپیوندی میتواند دهنده باشد
- امکان پذیرش جفت در گونه مقابل را نیز بررسی کن
گیرنده برای پذیرفتن یک جفتالکترون جای خالی دارد
گونه گیرنده باید بتواند یک جفتالکترون را بپذیرد. پروتون H⁺ هیچ الکترونی ندارد و میتواند جفت ناپیوندی اتمی مانند نیتروژن یا اکسیژن را بپذیرد. بعضی مولکولهای کمبودالکترون نیز گیرندهاند؛ برای نمونه اتم بور در BF₃ در ساختار ساده خود پیرامون بور فقط شش الکترون دارد و میتواند با یک دهنده برهمکنش کند.
گیرندهبودن را نباید همیشه از بار مثبت نتیجه گرفت. H⁺ گیرندهای روشن است، اما BF₃ با وجود خنثیبودن مولکول، روی اتم بور کمبود الکترونی دارد. در سوی دیگر، هر کاتیونی نیز الزاماً در سطح سؤال دبیرستانی گیرنده جفتالکترون مناسبی نیست؛ ساختار و ظرفیت پذیرش آن باید بررسی شود.
- H⁺ یک گیرنده جفتالکترون است
- کمبود الکترونی میتواند بدون بار کلی مثبت وجود داشته باشد
- بار رسمی و شمار الکترونهای پیرامون اتم را بررسی کن
- دهنده و گیرنده باید با هم یک جفت پیوندی بسازند
پیکان از دهنده به گیرنده رسم میشود
برای نشاندادن منشأ جفتالکترون، گاهی به جای خط پیوند از پیکان استفاده میشود. دم پیکان کنار اتم دهنده و نوک آن به سوی اتم گیرنده است: A:→B. این جهت میگوید جفتالکترون از A فراهم شده است؛ پیکان مسیر حرکت دائمی الکترونها یا ایجاد یک پیوند یکطرفه را نشان نمیدهد.
پس از تشکیل پیوند میتوان در ساختار لوویس فرآورده، پیوند را مانند یک خط معمولی نمایش داد و بارهای رسمی را محاسبه کرد. برای شمارش ظرفیت یا شکل مولکولی نیز این پیوند یک ناحیه پیوندی محسوب میشود. جهت پیکان ابزاری برای بازسازی چگونگی تشکیل پیوند است.
- دم پیکان روی دهنده قرار میگیرد
- نوک پیکان به گیرنده اشاره میکند
- پیکان منشأ جفتالکترون را نشان میدهد
- پس از تشکیل، پیوند در تعیین شکل یک ناحیه پیوندی است
یون آمونیوم از آمونیاک و پروتون تشکیل میشود
در NH₃، نیتروژن سه پیوند N–H و یک جفتالکترون ناپیوندی دارد. پروتون H⁺ نیز میتواند این جفت را بپذیرد. بنابراین تشکیل یون آمونیوم را میتوان به صورت H₃N: + H⁺ → [H₃N→H]⁺ نمایش داد. در فرآورده، نیتروژن چهار پیوند دارد و دیگر جفت ناپیوندی روی آن باقی نمانده است.
چهار پیوند N–H در یون NH₄⁺ از نظر طول و انرژی معادل در نظر گرفته میشوند؛ نمیتوان پس از تشکیل یون، یک هیدروژن را فقط با مشاهده ساختار نهایی به عنوان «هیدروژن داتیوی» جدا کرد. شکل یون بر پایه چهار ناحیه پیوندی پیرامون نیتروژن، چهاروجهی است. همچنین مجموع بارهای رسمی ساختار باید با بار مثبت کل یون برابر باشد.
- NH₃ دهنده و H⁺ گیرنده است
- جفت ناپیوندی نیتروژن به جفت پیوندی تبدیل میشود
- در NH₄⁺ چهار پیوند N–H معادلاند
- شکل NH₄⁺ چهاروجهی و بار کل آن ۱+ است
یون هیدرونیوم الگوی مشابهی با دهنده اکسیژنی دارد
مولکول آب دو جفتالکترون ناپیوندی روی اکسیژن دارد. یکی از این جفتها میتواند با H⁺ پیوند بسازد: H₂O: + H⁺ → H₃O⁺. پس از تشکیل یون هیدرونیوم، اکسیژن سه پیوند O–H و یک جفتالکترون ناپیوندی دارد.
وجود چهار ناحیه الکترونی پیرامون اکسیژن به آرایش الکترونی چهاروجهی میانجامد، اما چون یکی از ناحیهها جفت ناپیوندی است، شکل مولکولی H₃O⁺ هرمی سهوجهی است. این مثال یادآوری میکند که برای تعیین شکل، پیوند داتیو را نادیده نمیگیریم و ناحیههای پیوندی و ناپیوندی فرآورده نهایی را میشماریم.
- در H₂O اکسیژن دهنده جفتالکترون است
- H⁺ نقش گیرنده را دارد
- H₃O⁺ سه ناحیه پیوندی و یک ناحیه ناپیوندی دارد
- شکل مولکولی H₃O⁺ هرمی سهوجهی است
پیوند داتیو را از پیوند یونی و اسید–باز لوویس جدا و مرتبط ببین
در پیوند یونی، توصیف ساده بر انتقال الکترون و جاذبه میان یونهای ناهمنام استوار است؛ اما در پیوند داتیو، یک جفت الکترون میان دو اتم به اشتراک گذاشته میشود. بنابراین وجود یک گونه باردار مانند H⁺ در واکنش، بهتنهایی فرآورده را یونی نمیکند؛ باید ببینیم در فرآورده جفت الکترون میان کدام اتمها مشترک شده است.
از دید نظریه لوویس، دهنده جفتالکترون یک باز لوویس و گیرنده یک اسید لوویس است. پس واکنش NH₃ با H⁺ همزمان نمونهای از واکنش اسید–باز لوویس و تشکیل پیوند داتیو است. این دو نام از دو زاویه به رویداد نگاه میکنند: یکی نقش واکنشدهندهها و دیگری شیوه فراهمشدن الکترونهای پیوند را توصیف میکند.
- اشتراک جفتالکترون نشانه ماهیت کووالانسی است
- باز لوویس جفتالکترون میدهد
- اسید لوویس جفتالکترون میپذیرد
- تشکیل پیوند داتیو میتواند نتیجه واکنش اسید–باز لوویس باشد
تمرین روشن و نکات کلیدی
تمرین: در واکنش H₂O + H⁺ → H₃O⁺، دهنده و گیرنده را مشخص کن، تعداد جفتهای ناپیوندی اکسیژن را پیش و پس از واکنش بنویس و شکل یون فرآورده را تعیین کن. پاسخ: H₂O به کمک یکی از دو جفت ناپیوندی اکسیژن دهنده و H⁺ گیرنده است. پس از تشکیل پیوند، یک جفت ناپیوندی اکسیژن باقی میماند. سه پیوند و یک جفت ناپیوندی چهار ناحیه الکترونی میسازند، بنابراین شکل مولکولی یون هرمی سهوجهی است.
روش عملی حل این دسته سؤالها چنین است: ساختار لوویس واکنشدهندهها را رسم کن؛ جفت ناپیوندی دهنده و کمبود الکترونی گیرنده را بیاب؛ پیکان را از دهنده به گیرنده بکش؛ سپس ساختار، بار رسمی و شکل فرآورده را جداگانه بررسی کن. اگر فقط به بار گونهها یا فقط به جهت پیکان تکیه کنی، احتمال اشتباه میان پیوند داتیو، پیوند یونی و انتقال پروتون بیشتر میشود.
- منشأ هر دو الکترون پیوند را دنبال کن
- پیکان را همیشه از دهنده به گیرنده رسم کن
- بار کل و بارهای رسمی فرآورده را کنترل کن
- برای شکل مولکولی، ساختار نهایی را مبنا قرار بده
- پیوند داتیو پس از تشکیل یک پیوند کووالانسی واقعی است
- داشتن جفت ناپیوندی شرط لازم دهندهبودن است، نه تضمین واکنش
برای تشخیص پیوند داتیو، ابتدا ساختار لوویس دو گونه را رسم کن. اتم دارای جفتالکترون ناپیوندی را دهنده و گونه دارای امکان پذیرش جفت را گیرنده بگیر و پیکان را از دهنده به گیرنده بکش. سپس فرآورده را مستقل بررسی کن: جفت اهداشده اکنون یک جفت پیوندی مشترک است، بارهای رسمی باید با بار کل سازگار باشند و پیوند در شمارش ناحیههای الکترونی مانند هر پیوند کووالانسی دیگر حساب میشود. NH₃ + H⁺ → NH₄⁺ و H₂O + H⁺ → H₃O⁺ دو الگوی اصلیاند؛ در هر دو، پیوند از راه داتیو تشکیل میشود، اما پس از تشکیل، پیوندهای همنوع در یون نهایی معادلاند.
مبنای آموزش، مفاهیم کتاب درسی است. برای جزئیات منابع و مقررات هر سال، دفترچه و اطلاعیه رسمی سازمان سنجش را بررسی کن.