شعاع کووالانسی – تعریف و طریقه محاسبه
شعاع کووالانسی به نصف فاصله بین هسته های دو اتمی که باهم پیوند کووالانسی تشکیل دادند گفته می شود. به شعاع کووالانسی شعاع اتمی نیز می گویند. از تقسیم طول پیوند بر عدد دو، البته در مولکول های با اتم یکسان، می توان شعاع کوو الانسی را به دست آورد. این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک به بیان توضیحاتی راجع به شعاع کووالانسی می پردازد.
۱- تعریف پیوند کوو الانسی :
یک رابطه کووالانسی که در آن اتم ها با به اشتراک گذاشتن الکترون های ظرفیت خود به آرایش پایدار هشتایی (اوکتت) گاز نجیب بعد از خودشان می رسند را پیوند کووالانسی می گویند. هر پیوند را با یک خط نشان می دهند و شامل دو الکترون است. پیوندهای کووالانسی می توانند یگانه، دوگانه و سه گانه باشد.
۲- تعریف شعاع کووالانسی :
اتم ها ذراتی به شکل دایره ای هستند که پروتون ها و نوترون ها در مرکز هسته و الکترون ها به دور هسته در حرکت اند که به منظور مقایسه حجم آن ها شعاع اتمی تعریف می شود. یکی از این صورت ها ی شعاع، شعاع کوو الانسی است. وقتی دو اتم یک پیوند کووالانسی تشکیل می دهند به اندازه هر اتم در آن پیوند شعاع کوو الانسی می گویند و با r cov نمایش می دهند. شعاع اتمی را با پیکومتر و یا آنگستروم اندازه گیری می کنند. وقتی بین دو اتم یکسان پیوند یگانه کووالانسی برقرار باشد، فاصله بین مراکز هسته اگر نصف شود شعاع به دست می آید، شعاع اتمی نصف طول پیوند کووالانسی است.
پس باید گفت مجموع دو شعاع باید با طول پیوند برابر باشد، اما طول پیوند وابسته به محیط شیمیایی است. برای دو اتم A و B داریم :
r (AB) = r (A) + r (B)
توجه :
برای پیوندهای یگانه و چندگانه چون شعاع های مختلفی در نظر گرفته می شود، با توجه به متفاوت بودن محیط های شیمیایی، نمی توان رابطه بالا را به طور دقیق برای شعاع بیان کرد. در جدول تناوبی عناصر شعاع کوو الانسی مانند شعاع اتمی در یک دوره و گروه تغییر می کند (در یک گروه از بالا به پایین افزایش می یابد و در یک دوره از چپ به راست کاهش می یابد)، چون وقتی شعاع اتمی زیاد می شود فاصله بین مراکز دو هسته اتم در یک مولکول زیاد می شود.
۳- اندازه گیری طول پیوند :
اتم به شکل کره ای است که فاصله بین مرکز هسته و دورترین نقطه ای که الکترون در آن حضور دارد، به نام شعاع اتمی است. ولی چون احتمال حضور الکترون تا فاصله بی نهایت از مرکز هسته وجود دارد، پس هیچ وقت نمی توان یک اتم تنها را جدا و شعاع آن را اندازه گیری کرد. به همین جهت اتم ها وقتی در پیوند کووالانسی باهم هستند، با اندازه گیری طول پیوند آن ها می توان شعاع آن ها را به دست آورد.
توجه :
از روش های طیف سنجی و همچنین پراش اشعه ایکس می توان طول پیوند کووالانسی را به دست آورد. شعاع در مولکول های جورهسته توسط پاولینگ اندازه گیری شد که برای پیوندهای یگانه همان طور که گفته شد برابر نصف طول پیوند کووالانسی است. اما این برای وقتی است که دو اتم یکسان باشد، اما اگر دو اتم مختلف با هم پیوند کووالانسی تشکیل دهند، طول پیوند آن ها برابر مجموع شعاع اتمی دو اتم است. وقتی که پیوند بین اتم ها تشکیل شد، خارجی ترین لایه (لایه ظرفیت) الکترونی در دو اتم با هم در تماس هستند و هر دو اتم به یک اندازه یالکترون ها را جذب می کند.
۴- تفاوت شعاع کووالانسی و شعاع وان دروالسی :
وقتی دو اتم با هم به صورت شیمیایی پیوند برقرار نکنند ولی در نزدیک ترین فاصله از هم قرار گرفته باشند، به عبارتی دیگر پیوند کووالانسی برقرار نشده باشد، در این صورت فاصله بین دو اتم را شعاع واندروالسی می گویند. به عنوان مثال در مولکول هیدروژن، وقتی دو مولکول در مجاورت هم قرار می گیرند فاصله بین دو اتم مجاور هیدروژن را شعاع واندروالسی هیدروژن می گویند. به عبارتی وقتی دو اتم یکسان با هم مماس شدند، فاصله بین مراکز هسته آن ها شعاع واندروالسی است. اما در شعاع کوو الانسی اتم ها باهم پیوند کووالانسی برقرار می کنند و ابر الکترونی آن ها با هم در می آمیزد. اگر دو اتم یکی باشد به نصف فاصله مراکز هسته این شعاع را می گویند. با این حساب در مقایسه با شعاع کوو الانسی، شعاع واندروالسی بزرگتر است.
۵- محاسبه شعاع کوو الانسی :
وقتی دو اتم یکسان با هم یک مولکول (مولکول جورهسته) تشکیل دهند (A۲) مانند F۲ و H۲، شعاع طبق رابطه زیر نصف فاصله بین هسته هاست.
d(A_A) = r(A) + r(A)
d(A_A) = 2 ₓ r(A)
r(A) = d(A_A) ̸ ۲
اما وقتی دو اتم متفاوت با هم یک مولکول تشکیل دهند (مولکول ناجور هسته)، مثل مولکول CCl۴ طبق روابط زیر می توان شعاع اتم های کربن و کلر را محاسبه کرد.
d(C _ Cl) = r(C) + r(Cl)
r(C) = d(C _ Cl) _ r(Cl)
r(Cl) = d(C _ Cl) _ r(C)
