تفقد الإلكترونات من قبل بعض المواد خلال نصف تفاعل الاختزال

الارتباط هو نوع من الرابطة الكيميائية التي تنتج عن مشاركة الإلكترونات بين ذرتين. إنه شكل أضعف من الرابطة الكيميائية من الروابط التساهمية والأيونية ، ويحدث عندما تنجذب ذرتين إلى بعضهما البعض بواسطة القوى الإلكتروستاتيكية للإلكترونات المشتركة.

في الارتباط ، سيتم جذب الإلكترونات المشتركة إلى كلتا الذرات وستشكل سحابة إلكترون. يمكن استخدام هذه السحابة الإلكترونية لحساب طاقة الرابطة بين الذرتين ، وهو مؤشر على قوة الرابطة.

يمكن أن يكون الارتباط إما داخل الجزيئات ، عندما تكون الذرتين جزءًا من نفس الجزيء ، أو بين الجزيئات ، عندما تكون الذرتين جزءًا من جزيئات مختلفة. في كلتا الحالتين ، ستوفر سحابة الإلكترون نفس النوع من الجاذبية وتؤدي إلى رابطة بين الذرتين.

بالإضافة إلى سحابة الإلكترون ، يمكن أيضًا تعزيز الارتباط من خلال التفاعلات الأخرى بين الذرتين ، مثل روابط الهيدروجين أو Van der Waals. هذه الأنواع من الروابط ستعزز الارتباط وتجعلها أكثر استقرارًا.

الارتباط هو نوع مهم من الرابطة الكيميائية ، حيث يوجد غالبًا في الجزيئات البيولوجية مثل البروتينات والأحماض النووية. من المهم أيضًا تكوين الكحول ، وهي مواد مهمة في العديد من الصناعات.

تسمى الجمعية الناتجة عن الأطراف التي تشارك الإلكترونات السندات. يتم تشكيل الرابطة عندما تتفاعل ذرتين أو أكثر مع بعضها البعض لتشكيل قوة إلكتروستاتيكية مستقرة بينهما. يمكن أن تكون الذرات المشاركة في الرابطة من نفس العنصر أو العناصر المختلفة. تتشكل هذه الرابطة بسبب القوة الجذابة بين النواة المشحونة إيجابياً والإلكترونات المشحونة سلبًا.

يعتمد نوع الرابطة المتكونة على عدد الإلكترونات المشتركة بين الذرات. إذا كانت ذرتين تشتركان في إلكترون واحد ، فسيتم تشكيل رابطة واحدة. إذا كانت ذرتين تشتركان في اثنين من الإلكترون ، فسيتم تشكيل رابطة مزدوجة. وبالمثل ، إذا كانت ذرتين تشتركان في ثلاث إلكترونات ، يتم تشكيل رابطة ثلاثية.

يتم تحديد قوة الرابطة من خلال عدد الإلكترونات المشتركة والمسافة بين الذرات. بشكل عام ، كلما زادت الإلكترونات المشتركة وأقصر المسافة بين الذرتين ، كلما كانت الرابطة أقوى. هذه الرابطة هي المسؤولة عن استقرار الجزيء ويحدد خصائصه الكيميائية والفيزيائية.

السحابة الإلكترونية هي مصطلح يستخدم لوصف المنطقة المحيطة بنواة الذرة حيث توجد الإلكترونات. الإلكترونات هي جزيئات سلب مشحونة تتحرك حول النواة في نمط يشبه السحابة. تُعرف هذه المنطقة باسم سحابة الإلكترون بسبب الطريقة التي تتحرك بها الإلكترونات بشكل عشوائي في هذه المنطقة. تخلق هذه الحركة مظهرًا غامضًا يشبه السحابة حول النواة. تحدد الإلكترونات الموجودة في السحابة الخواص الكيميائية للذرة وكيف ستتفاعل مع ذرات أخرى. سحابة الإلكترون هي مفهوم مهم في ميكانيكا الكم وتساعد في شرح كيفية تفاعل الذرات مع بعضها البعض. تساعد سحابة الإلكترون أيضًا في شرح سبب ارتباط الذرات مع الذرات الأخرى لتشكيل جزيئات. تتكون الجزيئات من ذرات تنجذب إلى بعضها البعض من قبل قوى سحابة الإلكترون.

المجموعة المعنية هي مجموعة الغاز النبيلة ، والتي تتكون من ثمانية عناصر في المجموع. تشتهر مجموعة الغاز النبيلة باستقرارها ، حيث أن جميع العناصر الموجودة داخلها قد ملأت الأصداف الخارجية تمامًا ، مما يعني أن لديهم مكملاً كاملًا من الإلكترونات في أطرافها الخارجية. هذا هو السبب في أن يشار إليها باسم الغازات "الخاملة" ، لأنها لا تميل إلى الرد مع عناصر أخرى. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن جميع عناصر الغاز النبيلة لديها 8 إلكترونات في قشرةها الخارجية. ومع ذلك ، هناك استثناء واحد لهذه القاعدة ، وهذا هو الهيليوم. لا يحتوي الهيليوم إلا على اثنين من الإلكترونات في أقصى خارجي ، مما يعني أنه لا يحتوي على مكمل كامل للإلكترونات. هذا هو السبب في أن الهيليوم يشار إليه في بعض الأحيان باسم "Odd Out Out" لمجموعة الغاز النبيلة ، لأنه العنصر الوحيد في المجموعة مع إلكترون واحد فقط في طاقته الأخيرة.

يدعم هذا الدليل نموذج النواة الذي اقترحه إرنست راذرفورد في عام 1911. اقترح راذرفورد أن الذرة تتكون من نواة صغيرة كثيفة تحيط بها الإلكترونات في المدارات. لقد استخدم تجربة رقائق ذهبية لإظهار أن النواة صغيرة جدًا مقارنة بحجم الذرة. كما أظهر أن عدد الجزيئات التي تصطدم بالرقائق صغيرة جدًا مقارنة بعدد الجسيمات التي تمر مباشرة ، مما يشير إلى أن الذرة في الغالب مساحة فارغة.

استخدم راذرفورد عداد جيجر لقياس زاوية انحراف جزيئات ألفا التي مرت بالرقائق. وجد أن معظم جزيئات ألفا مرت بانحراف ضئيل أو معدوم ، مما يشير إلى أن النواة صغيرة جدًا. ومع ذلك ، تم انحراف بعض الجزيئات بزوايا تزيد عن 90 درجة ، مما يشير إلى أن هناك نواة كثيفة في وسط الذرة.

تدعم الأدلة التي قدمها رذرفورد وجود نواة صغيرة كثيفة في وسط الذرة. تم استخدام هذا الدليل لدعم النموذج النووي للذرة ، والتي لا تزال مقبولة اليوم.

أكبر عدد من الإلكترونات التي يمكن امتصاصها بواسطة حقل الطاقة الثالث في الذرة هو 8. وهذا لأن مستوى الطاقة الثالث للذرة يمكن أن يحمل 8 إلكترونات كحد أقصى. عندما تملأ الذرة مستوى الطاقة الخارجي مع 8 إلكترونات ، يقال إنها في حالة الخاملة ولا يمكن امتصاص أي إلكترونات مزيد من تلك الذرة.

التخفيض هو تفاعل كيميائي يتم فيه نقل الإلكترونات من ذرة إلى أخرى. في هذا التفاعل ، يقال إن الذرة التي تفقد الإلكترونات تتأكسد ، ويقال إن الذرة التي تكسب الإلكترونات قد انخفضت. في نصف تفاعل التخفيض ، تضيع الإلكترونات بواسطة المادة. ثم يتم نقل هذه الإلكترونات إلى المادة الأخرى ، والتي يتم تقليلها.

يعد نقل الإلكترونات من مادة إلى أخرى جزءًا أساسيًا من عملية الحد. عندما تفقد مادة واحدة الإلكترونات ، يُقال إنها تتأكسد ، بينما عندما تكتسب المواد الأخرى إلكترونات ، يقال إنها تقل. هذا النقل من الإلكترونات هو ما يدفع التفاعل ويحدث ذلك.

يمكن استخدام الإلكترونات المفقودة من قبل المادة خلال نصف تفاعل التخفيض لتشغيل العمليات الأخرى. على سبيل المثال ، عندما تضيع الإلكترونات بواسطة مادة أثناء التخفيض ، يمكن استخدامها لتشغيل التفاعل الكيميائي أو إنشاء تيار كهربائي في الدائرة.

بالإضافة إلى تشغيل العمليات الأخرى ، يمكن أيضًا استخدام الإلكترونات التي تضيع بواسطة مادة أثناء رد الفعل النصف للخفض لإنشاء روابط جديدة. عندما يتم نقل الإلكترونات من مادة إلى أخرى ، يمكنها تشكيل روابط جديدة بين الذرات ، وهي كيفية إنشاء جزيئات ومركبات جديدة.

وعموما ، تضيع الإلكترونات من قبل بعض المواد خلال نصف رد فعل التخفيض. هذا النقل للإلكترونات هو القوة الدافعة للتفاعل ويمكن استخدامها لتشغيل العمليات الأخرى وإنشاء روابط جديدة.

تسمى الجمعية الناتجة عن الأطراف التي تشارك الإلكترونات السندات. يمكن أن تختلف أنواع السندات ، اعتمادًا على نوع مشاركة الإلكترون المعنية. الأنواع الأكثر شيوعًا من الروابط هي الروابط التساهمية والأيونية. تتضمن الروابط التساهمية تبادل الإلكترونات بين ذرتين ، وعادة ما تكون من الكهربية المماثلة. تنطوي الروابط الأيونية على نقل الإلكترونات من ذرة إلى أخرى ، مما يؤدي إلى أيون مشحون إيجابياً وأيون مشحونة سلبًا.

بالإضافة إلى الروابط التساهمية والأيونية ، هناك أيضًا نوع من السندات المعروف يسمى رابطة مساهمة الحضانة النووية (ANFC). تتشكل روابط ANFC عندما تكون عنصرين مختلفين ، عادةً ما يكونان من الكهربيين المختلفين ، قريبة بما يكفي من بعضها البعض من أن تتداخل غيوم الإلكترون الخاصة بهم وينجذب الإلكترونات من ذرة واحدة إلى نواة الذرة الأخرى. هذا يخلق جاذبية قوية ويتم تشكيل رابطة. تتم مشاركة الإلكترونات الموجودة في رابطة ANFC بواسطة الذرتين ، لكن الذرة التي توفر للإلكترونات هي التي هي أكثر إلكترونية.

روابط ANFC نادرة جدًا ولا توجد إلا في بعض المركبات. كما أنها قوية جدا ويمكن أن يكون من الصعب كسرها. نتيجة لذلك ، غالبًا ما يتم استخدامها في المركبات التي تتطلب رابطة قوية ، مثل البوليمرات المتخصصة ، والمستحضرات الصيدلانية ، والحفز.

مجال الطاقة الأول هو مجال كهرومغناطيسي ، يتم إنشاؤه بواسطة حركة الإلكترونات. تتحرك الإلكترونات حول نواة الذرة في المدارات وتخلق هذه الحركة مجالًا كهرومغناطيسيًا ، ثم يشع إلى الخارج. تتكون الحقول الكهرومغناطيسية من كل من الحقول الكهربائية والمغناطيسية ويمكن اعتبارها قوة غير مرئية تمتد من جسيم مشحون. الإشعاع الكهرومغناطيسي هو نقل الطاقة من مكان إلى آخر من خلال المجال الكهرومغناطيسي. يمكن أن يكون هذا الإشعاع إما في شكل موجات أو جزيئات. يمكن للطاقة من الحقول الكهرومغناطيسية التي أنشأتها الإلكترونات السفر عبر الفضاء ويمكن استخدامها لتوفير الطاقة لمختلف التطبيقات.

الخلية الجلفانية هي نوع من الخلية الكهروكيميائية التي تنتج تيارًا كهربائيًا من خلال نقل الإلكترونات من قطب إلى آخر. تُعرف هذه العملية باسم أكسدة التخفيض أو الأكسدة. يتم تحديد الجهد القياسي للخلية الجلفانية من خلال إمكانات التخفيض في القطبين اللذين يشكلان الخلية. هذه الإمكانات هي مقياس للسهولة النسبية التي يمكن من خلالها نقل الإلكترونات بين القطبين. تتم مقارنة إمكانات تقليل قطب قطبي واحد بإمكانية الأكسدة للقطب الآخر لتحديد الجهد الكلي للخلية.

يتم تحديد إمكانات تخفيض الخلية بواسطة نشاط الأيونات في محلول الإلكتروليت. في الخلية الجلفانية ، تتم مقارنة إمكانات انخفاض الأنود مع إمكانية أكسدة الكاثود. كلما زادت إمكانات انخفاض الأنود ، زاد جهد الخلية. وينطبق الشيء نفسه على إمكانات الأكسدة للكاثود. كلما زادت إيجابية احتمال الأكسدة ، زاد جهد الخلية.

من أجل تحقيق الجهد القياسي للخلية الجلفانية ، يجب موازنة إمكانات الأكسدة والخفض في القطبين. يتم ذلك عن طريق ضبط تركيزات الأيونات في محلول الإلكتروليت. إذا لم تكن تركيزات الأيونات متوازنة ، فسيكون جهد الخلية منخفضًا جدًا أو مرتفعًا جدًا.

يمكن أن يتأثر الجهد القياسي للخلية الجلفانية أيضًا بعوامل أخرى مثل درجة الحرارة والضغط. كلما زادت درجة الحرارة ، انخفض جهد الخلية. وبالمثل ، كلما زاد الضغط ، كلما زاد جهد الخلية.

بشكل عام ، يتم تحديد الجهد القياسي للخلية الجلفانية من خلال إمكانات التخفيض في الأقطاب الكهربائية التي تشكل الخلية. هذه الإمكانات هي مقياس للسهولة النسبية التي يمكن من خلالها نقل الإلكترونات بين القطبين. تتم مقارنة إمكانات تخفيض قطب قطبي واحد مع إمكانات الأكسدة للقطب الآخر لتحديد الجهد الكلي لـ