كيف يمكن حساب التكافؤ في المركبات الكيميائية؟

كيف يمكن حساب التكافؤ في المركبات الكيميائية؟

ما هو التكافؤ للمركبات الكيميائية؟

التكافؤ هو مقياس لقدرة الذرة على الارتباط بذرات وجزيئات العناصر الأخرى، وكلّما زاد عدد إلكترونات التكافؤ (الإلكترونات الموجودة في المستويات الأبعد عن مركز الذرة، وتسمى هذه المستويات بأغلفة التكافؤ أو الأغلفة الخارجية) زادت قدرة تفاعل الذرة أو الجزيء،^[١] ويُمكن التعرف أكثر على نقطة التكافؤ وطرق تحديدها في الكيمياء باستخدام الطرق الآتية:

قاعدة الثمانية

يُعدّ المركب الذي يحتوي في غلافة الخارجي على 8 إلكترونات عنصراً مستقراً، وإذا كان عدد الإلكترونات في الغلاف الخارجي يتراوح بين 1-4 إلكترونات يُسمّى التكافؤ المركب بالتكافؤ موجب، أمّا المركبات التي تحتوي على 4 أو 5 أو 6 أو 7 إلكترونات فيُمكن تحديد التكافؤ لهذه العناصر باستخدام قاعدة الثمانية، عن طريق طرح عدد الإلكترونات في الغلاف الخارجي من العدد 8؛ أي أن التكافؤ = عدد الإلكترونات - 8.^[٢]

ومن الأمثلة على ذلك الكربون الذي يحتوي في غلافة الخارجي على 4 إلكترونات، لذلك عند طرح عدد إلكتروناته الخارجية من 8، فيكون تكافؤ الكربون 4، وتنص قاعدة الثمانية إلى أنّ الذرات ستفقد أو تكتسب أو تُشارك الإلكترونات بهدف الوصول إلى تكوين إلكتروني شبيه بالتكوين الإلكتروني للغاز النبيل، إذ إنّ جميع الغازات النبيلة باستثناء الهيليوم تحتوي على 8 إلكترونات غلافها الخارجي، وهي غازات مستقرة لا تفقد الإلكترونات ولا تكتسبها، وما يجب أن تعرفه عن الغازات النبيلة، أنها غازات مستقرة لا تتفاعل.^[٢][١]

الجدول الدوري

تعتمد هذه الطريقة على العدد الذري المبين في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية، إذ إنّ العناصر تُرتّب وِفقاً للتشابه في سلوكها وخصائصها في الجدول الدوري، كما أنّه يتكوّن من عناصر مُرتّبة بطريقة يُمكن من خلالها تحديد تكافؤ عنصر معين، إذ إنّ العناصر الموجودة ضمن العمود الأول تحتوي على إلكترون واحد للتكافؤ، وهذا يعني أنّ العناصر الموجودة في هذا العمود تميل لفقد إلكترون واحد مع عنصر آخر يميل لكسب إلكترون واحد، بينما الغازات النبيلة في العمود 18 تُعدّ خاملةً وتكافؤها 0.^[١][٢]

الصيغ الكيميائية

تعتمد طريقة الصيغ الكيميائية للمركبات لمعرفة التكافؤ على قاعدة الثمانية، حيث يُمكن تحديد التكافؤ للعناصر الانتقالية أو الجذور الكيميائية في بعض المركبات المُحدّدة من خلال مراقبة كيفية تفاعلها كيميائياً مع عناصر معلومة التكافؤ، ويكون الهدف عند اتحاد العناصر والجذور هو الوصول إلى ثمانية إلكترونات في الغلاف الخارجي حتّى تُصبح مستقرة، فمثلاً: في مركب كلوريد الصوديوم (NaCl)، من المعلوم أنّ تكافؤ الصوديوم (Na) هو +1 والكلور (Cl) هو -1، ممّا يعني أنّ الصوديوم يحتاج إلى فقد إلكترون واحد، والكلور بحاجة لكسب هذا الإلكترون ليستقرّ المدار الخارجي عند كليهما؛ لذلك يُعطي الصوديوم إلكتروناً للكلور، وبالتالي يُحدّد التكافؤ.^[٣]

توجد 3 طرق رئيسية لحساب تكافؤ المركبات الكيميائية، الأولى هي قاعدة الثمانية، والثانية باستخدام الجدول الدوري، والثالثة باستخدام الصيغ الكيميائية.

ما أهمية حساب التكافؤ في المركبات الكيميائية؟

تكمن أهمية حساب التكافؤ للمركبات بمعرفة كيفية اتحاد ذرات عنصر ما مع ذرات عنصر آخر لتكوين مركب كيميائي جديد، كما يُعدّ تكافؤ العنصر مؤشراً لقدرة العنصر على الجمع بين الذرات لتكوين الروابط الكيميائية،^[٤][٥] ويُشار إلى أنّ معظم العناصر تحتوي على قيمة تكافؤ ثابتة، ولكنّ بعضها يُظهر نوعين مختلفين أو أكثر من التكافؤ وبالتالي يُمكنها تشكيل مركبات مختلفة مع العناصر الأخرى،^[٤] لذا فإنّ عدد إلكترونات التكافؤ في ذرة معينة تُعدّ دليلاً مهماً على كيفية تفاعل هذه الذرة.^[٦]

ومن الأمثلة على ذلك: يُشكّل النيتروجين عدداً من المركبات مع الهيدروجين، مثل: NH₃ وN₂H₄ وN₃H حيث تحتوي ذرات النيتروجين في هذه المركبات على تكافؤ 3 و 2 و 1/3 على التوالي، حيث يُساعد التكافؤ على معرفة عدد الروابط الكيميائية التي تُكوّنها الذرة في الجزيء.^[٧]

ويجدر بالذكر أنّ إلكترونات التكافؤ هي الإلكترونات الموجودة في المدار الأخير للعنصر أو الموجودة في المستوى الخارجي الأبعد عن النواة، وهي التي يفقدها أو يكتسبها أو يشاركها، والسبب في أنّ إلكترونات المدار الأبعد عن النواة هي التي تُفقد أو تُكتسب يرجع في كون الإلكترونات سالبة الشحنة، والنواة لها شحنة موجبة بسبب البروتونات، وتجذب هذه البروتونات الإلكترونات وتثبتها، ولكن كلّما كانت الإلكترونات أبعد عن النواة قلّت القوة الجاذبة لها، وأصبح من الأسهل انتزاعها.^[٦]

يمكننا حساب التكافؤ من معرفة عدد الإلكترونات التي يحتاج العنصر إلى فقدانها أو اكتسابه أو مشاركتها، حتى يصل إلى حالة من الاستقرار، وتكون هذه الالكترونات موجودة في المدار الأخير للعنصر، مما يعني ان ارتباطها بمركز الذرة ضعيف بالقدر الكافي، الذي يسمح لها بالانتقال إلى ذرة أخرى.

ما سبب اختلاف قيم التكافؤ للعنصر نفسه؟

يحدث في بعض الأحيان أن يُظهر نفس العنصر قيم تكافؤ مختلفة، وهذا ما يُسمّى بخاصية التكافؤ المُتغيّر، ويحدث ذلك بسبب تعرّض العنصر لظروف مختلفة عند حدوث التفاعلات الكيميائية، فعندما يتفاعل عنصر معيّن مع عنصر أو مركب آخر، تفقد الذرات إلكترونات الغلاف الخارجي، لكن في بعض الحالات قد يتطلّب التفاعل فقد المزيد من الإلكترونات وبالتالي تُؤخذ من مدارات الذرة التي تسبق المدار الأخير، وذلك يعتمد على طبيعة التفاعل، وفي مثل هذه الحالة يكون للعنصر أكثر من تكافؤ واحد، ومن الأمثلة على ذلك تفاعل الحديد مع الأكسجين ليُكوّن أكسيد الحديد الثنائي و أكسيد الحديد الثلاثي.^[٨]

ما الفرق بين قيمة التكافؤ وعدد التأكسد للعناصر الكيميائية؟

تعتمد قيمة التكافؤ وعدد التأكسد على إلكترونات المدار الأخير، إذ إنّ كليهما حالتَين تحصلان بفقد وكسب الإلكترونات، فقيمة التكافؤ هي عدد إلكترونات المدار الخارجي التي تُفقد أو تُكتسب أو تُشارَك مع العناصر والمركبات الأخرى، كما يُحدّد التكافؤ الحد الأعلى لعدد الروابط التي من المُمكن أن تشكلها ذرة معينة مع ذرة من عنصر آخر (مثل ارتباط ذرة Na مع ذرة Cl برابطة واحدة).^[٩]

أمّا التأكسد فيُعبّر عن عدد الإلكترونات التي فقدها أو اكتسبها أو شارك بها عنصر معيّن بشرط حدوث اختلاف في شحنة الذرة، فعندما تكسب أو تفقد الذرة إلكترونات تنتج حالة من عدم التوازن في الشحنات الكهربائية، لذا فإنّ أكسدة الذرة هي ذاتها شحنة الذرة، إذ يُمكن الاستفادة من حالة الأكسدة لوصف شحنة المركب، ويُشار إلى حالة الأكسدة من خلال كتابة رقم مصحوب برمز موجب + أو سالب - (إذا لم يكتب رقم يكون 1)، إذ تُعبّر الإشارة عن شحنة الذرة ويُعبّر الرقم عن عدد الإلكترونات التي فقدتها أو اكتسبتها الذرة.^[٩]

المراجع

1. ^ ^{أ ب ت} Karen Blaettler (26/11/2018), "How to Calculate Valency", sciencing, Retrieved 19/6/2021. Edited.
2. ^ ^{أ ب ت} "Method to find Valency", BYJUS, Retrieved 19/6/2021. Edited.
3. ↑ "Valency", toppr, Retrieved 22/6/2021. Edited.
4. ^ ^{أ ب} "Chemical Formulae & Valency", MENTORIALS.COM, 29/4/2018, Retrieved 19/6/2021. Edited.
5. ↑ "Valency and Chemical Formula ", toppr, Retrieved 19/6/2021. Edited.
6. ^ ^{أ ب} "Why Are Valence Electrons Important?", dummies, Retrieved 19/6/2021. Edited.
7. ↑ "What Is Valency?", BYJUS, Retrieved 19/6/2021. Edited.
8. ↑ "Variable Valency", BYJUS, Retrieved 19/6/2021. Edited.
9. ^ ^{أ ب} Madhusha (14/7/2017), "Difference Between Valency and Oxidation State", pediaa, Retrieved 19/6/2021. Edited.