ماذا تعرف عن الرابطة سيجما؟ وما الفرق بينها وبين الرابطة باي؟

الرابطة سيجما هي أقوى أنواع الروابط التساهمية، وهي تختلف عن الرابطة باي من حيث شكل، وكيفية تداخل المدارات الذرية. كما تؤثر على خصائص المركبات الكيميائية. وسوف نستعرض كل ذلك وأكثر في المقال التالي.

ما هي الرابطة سيجما؟

الرابطة سيجما هي رابطة تساهمية أحادية، وهي الرابطة التي يكونها عنصر أحادي التكافؤ من خلال المشاركة بين إلكترون فردي مع إلكترون من عنصر آخر له نفس اتجاه الحركة. فتتكون الرابطة بين ذرات العناصر الكيميائية، من خلال تشارك ذرتين في الإلكترونات، فتتداخل المدارات الذرية (مستويات التكافؤ) رأسًا برأس، أو وجهًا بوجه، ويسمى ذلك التداخل بالتداخل المحوري.

ويحدد نوع تداخل مستويات التكافؤ، نوع الرابطه وقوتها؛ لذا تعتبر الروابط التساهمية من النوع سيجما أقوى أنواع الروابط، لأن التداخل يحدث وجهًا لوجه. أما إذا حدث تداخل جانبي للمدارات الذرية، فسينتج عن ذلك رابطة باي.

ما معنى رابطة تساهمية؟

الرابطة التساهمية هي أحد أنواع الروابط الكيميائية، التي تربط بين ذرات العناصر، عن طريق المشاركة بزوج أو أكثر من الإلكترونات. أي أنها تحدث نتيجة مساهمة الذرات معًا بالإلكترونات.

ما هي المدارات المشاركة في تكوين الرابطة سيجما؟

تتكون الرابطة سيجما عند تداخل:

• المستوى الفرعي (S) مع مستوى فرعي (S) من ذرة أخرى.
• المستوى الفرعي (S) مع مستوى فرعي (P) من ذرة أخرى.
• تداخل المستوى الفرعي (P) مع مستوى فرعي (P) لذرة أخرى.

الفرق بين الرابطة سيجما والرابطة باي

الرابطة سيجما	الرابطة باي
تتكون الرابطة سيجما من تداخل مدارات ذرية نصف ممتلئة، وجهًا لوجه ويسمى تداخل محوري.	تتكون الرابطة باي من التداخل الجانبي لمدارات ذرية نصف ممتلئة.
أقوى من الرابطة.	أضعف من الرابطة.
تكون روابط أحادية، أو ثنائية، أو ثلاثية.	لا تكون روابط أحادية.تكون روابط ثنائية، بحيث تكون الأولى (سيجما)، والثانية (باي)وتكون روابط ثلاثية، بحيث تكون الأولى (سيجما)، والثانية، والثالثة (باي).
تسمح بحدوث الدوران الحر للذرات.	لا يسمح بالدوران الحر للذرات.
تتكون الرابطة سيجما أولًا عندما تقترب الذرات.	تتكون الرابطة باي بعد تكون الرابطة سيجما.
تحدد الرابطة سيجما شكل الجزيء.	لا تتحدد الرابطة باي شكل الجزيء.

لماذا تعد الرابطة سيجما أقوى من الرابطة باي؟

بسبب الاختلاف في تداخل المدارات الذرية، تختلف الروابط سيجما، وباي في قوة الرابطه. ففي الرابطة سيجما، يكون تداخل المدارات الذرية وجهًا بوجه، مما يعني أن المدارات تتداخل مباشرةً، بين نوى الذرات، حيث توفر مساحة التداخل الأكبر، العثور على عدد أكبر من إلكترونات التكافؤ، القريبة من نوى الذرات، وهذا يفسر قوة الرابطة سيجما.

أما في الرابطة باي، فتتداخل المدارات الذرية جنبًا بجنب، أي أن التداخل يحدث بطريقة موازية أعلى وأسفل النواة. ولذا فهي أضعف من الرابطة سيجما.

خواص الرابطة سيجما

1. يمر مركز ثقل الذرة بالرابطة.
2. تعد من أقوى الروابط.
3. توجد بشكل مستقل في روابط فردية، بخلاف الرابطة باي، لا توجد إلا في الروابط المزدوجة، والثلاثية.

خواص المركبات البترولية التي تحتوي على روابط سيجما 

الهيدروكربونات هي مركبات عضوية بترولية، تتكون نتيجة تداخل عنصري الكربون والهيدروجين.

وتنقسم الهيدروكربونات إلى: هيدروكربونات مشبعة، وغير مشبعة. وسنذكر خواص البارافينات كأحد أنواع الهيدروكربونات المشبعة.

الهيدروكربونات المشبعة (Saturated Hydrocarbons) هي التي ترتبط فيها ذرات الكربون بروابط أحادية من النوع سيجما.

وتتكون البارافينات نتيجةً لارتباط ذرات الكربون مع بعضها، ومع الهيدروجين بروابط تساهمية أحادية (روابط سيجما) ذات طاقة عالية.

ومن خصائصها:

1. تتميز البارافينات بثبات حراري عال.
2. تزداد درجة الانصهار، ودرجة الغليان طبقًا لزيادة عدد ذرات الكربون المرتبطة بروابط سيجما ذوات الطاقة العالية. حيث تزداد درجة الغليان بمعدل من 20 – 30 درجة مئوية لكل ذرة كربون مضافة.
3. تتراوح كثافة البارافينات السائلة من 0.6 – 0.8 جرام/ مللي لتر، في درجة الحرارة العادية. حيث تلعب الكثافة دورًا هامًا في حجم، ووزن الخامات والمنتجات البترولية.
4. تمتزج البارافينات مع المذيبات العضوية مثل: البنزين، والكلوروفورم، والإيثر.
5. تزداد اللزوجة مع زيادة المحتوى الكربوني، حيث تؤثر على سيولة المنتجات البترولية، وضخها.
6. لا تتأكسد بعوامل الأكسدة الشائعة، مثل: برمنجنات البوتاسيوم (KMNO₄)، وثنائي كرومات الصوديوم (Na₂Cr₂O₇)، ولكن في ظروف معينة من الحرارة والضوء، تتأكسد البارافينات بالهالوجينات، مثل: الكلور، والفلور، والبروم.
7. قلة النشاط الكيميائي، حيث أن البارافينات لا تتفاعل مع الأحماض غير العضوية، مثل: حمض الهيدروكلوريك، وحمض الكبريتيك، وحمض النيتريك. ولكنها تتفاعل مع الأحماض فوق العالية، مثل: حمض الفلوروسلفونيك.
8. تتعرض البارافينات لتفاعلات بيولوجية، حيث تتغذى عليها بعض الخمائر، وينتج عنها بعض الأحماض الدهنية.

تأثير الروابط المتعددة على خصائص الجزيء

تظهر الروابط المتعددة (سيجما، وباي) في الروابط المزدوجة والثلاثية للمركبات التساهمية.

• الرابطة المزدوجة: تظهر بها رابطه سيجما واحدة، ورابطة باي واحدة.
• الرابطة الثلاثية: تظهر بها رابطة سيجما واحدة، ورابطتان باي.

تؤثر الروابط المتعددة (سيجما، وباي) على الخصائص الكهربائية للجزيء، ومن الممكن أن تؤثر أيضًا على خصائصه الفيزيائية، مثل: درجة الغليان، ودرجة الانصهار، كما تؤثر الروابط المتعددة على أطياف الرنين المغناطيسي النووي (Nuclear magnetic resonance).

أمثلة على الرابطة سيجما

نظرًا لأن الرابطة سيجما من أكثر الروابط شيوعًا بين الذرات، فإنها توجد في العديد من الجزيئات والمركبات الكيميائية. وإليك بعض الأمثلة:

1. جزيء الهيدروجين (H2)

تحتوي ذرة الهيدوجين (H) على إلكترون واحد في غلافها الخارجي، ولكي تصل الذرة إلى حالة الاستقرار، لا بد أن يحتوي غلافها الخارجي على إلكترونين. لذا تتشارك ذرتين من الهيدروجين بزوج من الإلكترونات، إلكترون من كل ذرة، فتتكون بينهما رابطة تساهمية أحادية. HH.

وتكون المدارات المتداخلة بالرأس بين الذرتين، هي S₁،S₁.

2. جزيء الميثان (CH4)

غاز الميثان هو المكون الأساسي للغاز الطبيعي، الذي يستخدم كوقود لتدفئة المنازل وفي الطهي. ويتكون جزيء الميثان من ذرة كربون مرتبطة بأربع ذرات هيدروجين، حيث تساهم كل ذرة هيدروجين بإلكترون واحد، بينما تساهم ذرة الكربون بأربعة إلكترونات، فتتكون روابط تساهمية أحادية بين كل ذرتين، كلها من النوع سيجما، وتتكون الرابطه الواحدة من زوج من الإلكترونات.

3. جزيء الأمونيا (NH3)

غاز النشادر أو الأمونيا هو غاز قلوي، يتكون من ذرة نيتروجين واحدة مرتبطة بثلاث ذرات من الهيدروجين.

حيث يحتوي المدار الأخير للنيتروجين على خمسة إلكترونات، لذا فهو يحتاج إلى ثلاثة إلكترونات ليصل لحالة الاستقرار، فيتشارك مع ذرات الهيدروجين الثلاث، والتي تحتاج كل ذرة منهم إلى إلكترون واحد فقط لتصل لحالة الاستقرار. فتتكون روابط تساهمية من النوع سيجما بين ذرة النيتروجين، وكل ذرة هيدروجين.

4. جزيء الإيثيلين (CH2=CH2)

يتكون جزيء الإيثيلين من 6 روابط، منها خمس روابط من النوع سيجما، ورابطة واحدة من النوع باي. حيث يتم تداخل المدار (SP² ) من كل ذرة كربون مع المدار 1S من كل ذرة هيدروجين فتنتج الرابطة C-H، وتتداخل المدارات (SP²) من كل ذرة من ذرتي الكربون لتنتج الرابطة C-C.

وأخيرًا، أرجو أن يكون المقال قد أجاب على بعض التساؤلات حول قوة الرابطة سيجما، ومدى تأثيرها على خواص المركبات الكيميائية، والفرق بينها وبين الرابطة باي، باعتبارهما من أكثر الروابط الكيميائية شهرةً.