ما هي قاعدة الثمانيات؟

تعرف قاعدة الثمانيات (بالإنجليزية: Octet rule) بأنها قاعدة كيميائية تنص على أن الذرات تميل إلى فقد، أو كسب، أو مشاركة إلكترونات الغلاف الأخير (إلكترونات التكافؤ) بحيث يصبح عدد إلكترونات غلافها الأخير ثمانية، أو مضاعفاته، أو أن يكون الغلاف الأخير لها فارغًا تمامًا، أو ممتلئًا تمامًا؛ أي أن تصل الذرة إلى الحالة الأكثر استقرارًا، وهي الوصول إلى التوزيع الإلكتروني لأقرب غاز نبيل (بالإنجليزية: Noble gas) مشابه لها، والغازات النبيلة هي عناصر المجموعة الثامنة.[١]


اكتشاف قاعدة الثمانيات

تم وضع قاعدة الثمانيات عام 1916م على يد العالمين؛ الفيزيائي الألماني فالتر كوسيل، والكيميائي الإنجليزي جيلبرت لويس من خلال مقالة بعنوان (الذرة والجزيء)، والذي اعتمد على قاعدة أبيج (Abegg's rule) التي وضعها العالم ريتشارد أبيج عام 1904م، والتي تنص على أن الفرق بين الحد الأقصى للتكافؤ الموجب والسالب لعنصرٍ ما يكون ثمانية.[٢][٣]


ما هي العناصر التي تنطبق عليها قاعدة الثمانيات؟

يتم كسر قاعدة الثمانيات في بعض الأحيان، ومع ذلك فإنها تنطبق على الكربون (C)، والأكسجين (O)، والهالوجينات (Halogens)، والنيتروجين (N)، ومعظم المعادن، وخاصة المعادن القلوية (Alkali metals)، والمعادن القلوية الترابية (Alkaline earth metals)، والعناصر التي تحمل عدداً ذري قليلاً، وتتضمن العناصر التي تخضع لقاعدة الثمانيات عناصر التوزيع المداري S، والتوزيع المداري P، باستثناء الهيدروجين (H) والهيليوم (He) والليثيوم (Li)، أما العناصر التي تحتوي على المدار f أو المدار d فلا تأخذ بعين الاعتبار في هذه القاعدة.[٤]


استثناءات قاعدة الثمانيات

لا تتبع كل العناصر والمركبات لقاعدة الثمانيات، حيث إنه يوجد بعض الاستثناءات، وهي كالآتي:[٥]

  • الجذور الحرة (Free radical)، وهي أيون أو ذرة أو جزيء يحتوي على إلكترون تكافؤ غير مزدوج، ومع ذلك فهي غير مستقرة.
  • الهيدروجين والهيليوم والليثيوم تخضع للقاعدة الثنائية بدلاً من قاعدة الثمانيات؛ لأن الغلاف الأول يمكنهُ استيعاب إلكترونين فقط، فمثلاً يمكن لعنصر الليثيوم أن يفقد إلكترونًا واحدًا ليصل إلى حالة الاستقرار.
  • العناصر الانتقالية (بالإنجليزية: Transition elements) لا تتبع قاعدة الثمانية؛ نظراً لوجود المدار d فيها، حيث يمكن أن يحتوي غلافها الأخير على 18 إلكترونًا.
  • المركبات العطرية (بالإنجليزية: Aromatic compounds)؛ حيث تتبع قاعدة هوكل.
  • المركبات فائقة التكافؤ (بالإنجليزية: Hypervalent compounds)، فهناك عناصر لديها القدرة على تكوين مركبات فائقة التكافؤ، مثل الكبريت والفسفور، ومن الأمثلة على هذه المركبات: فلوريد الكبريت (SF6)، وخماسي كلوريد الفسفور (PCl5)، ففي هذا المركب مثلًا يرتبط الفسفور مع الكلور بخمس روابط تساهمية، فيحتفظ بعشرة إلكترونات تكافؤ، وبالتالي فهو يعارض قاعدة الثمانية.


الروابط الكيميائية وعلاقتها بقاعدة الثمانيات

يمكن التنبؤ بنوع وعدد الروابط الكيميائية التي يمكن للذرة تكوينها من خلال عدد الإلكترونات اللازمة للوصول إلى ثمانية إلكترونات في الغلاف الأخير للذرة حسب قاعدة الثمانيات، وذلك كالآتي:[٦][٧]

  • عناصر المجموعة الأولى تحتوي على إلكترون تكافؤ واحد، ولذلك فهي تميل إلى فقد هذا الإلكترون، وتكوين رابطة أيونية بهدف الوصول إلى 8 إلكترونات في مدارها الأخير، فمثلًا يشكل عنصر الصوديوم رابطة أيونية مع عنصر الكلور، من خلال فقد الصوديوم لأيون التكافؤ الموجود في داره الأخير، فيصبح على شكل أيون شحنتهُ +1، أما الكلور الذي كسب الإلكترون، فيصبح أيونًا سالبًا شحنتهُ -1، وصافي شحنة المركب الناتج (ملح الطعام NaCl) تكون صفرًا، وذلك بهدف وصول كل من الكلور والصوديوم إلى الحالة الأكثر استقراراً، والوصول إلى التوزيع الإلكتروني المشابه لأقرب عنصر نبيل، وهو النيون.


  • عناصر المجموعة الثانية تحتوي على إلكتروني تكافؤ، ولذلك فهي تميل إلى فقد هذين الإلكترونين، وتكوين رابطتين أيونيتين، فيصبح المغنيسيوم أيونًا موجبًا شحنته +2 بهدف الوصول إلى غلاف أخير يحتوي على 8 إلكترونات فقط، بينما تحمل ذرتا الكلور المشاركتان في الرابطة شحنة سالبة مقدارها -1، وصافي شحنة المركب الناتج (كلوريد المغنيسيوم MgCl2) تكون صفرًا، وذلك بهدف وصول المغنيسيوم والكلور إلى حالة الاستقرار، من خلال الوصول إلى التوزيع الإلكتروني المشابه لأقرب غاز نبيل، وهو النيون، أما عنصر الكلور، فإن كسبه لإلكترون واحد يجعله يصل إلى التوزيع الإلكتروني المشابه لعنصر الآرغون النبيل.


  • عناصر المجموعة الرابعة تحتوي على 4 إلكترونات تكافؤ على شكل 4 إلكترونات غير مرتبطة حسب رموز لويس، وهذا يعني أنها بحاجة إلى 4 إلكترونات أخرى لتصل إلى الثمانية، ويمكن ذلك من خلال تكوين أربع روابط تساهمية، مثل الروابط التي يكونها الكربون في الميثان (CH4)، والسيليكون في السيلان (SiH4).


  • عناصر المجموعة الخامسة تحتوي على 5 إلكترونات تكافؤ تكون على شكل زوج واحد من الإلكترونات وثلاثة إلكترونات غير مرتبطة؛ أي أنها بحاجة لثلاثة إلكترونات لتصل إلى الثمانية من خلال تكوين 3 روابط تساهمية، مثل الروابط التي يكونها النيتروجين في الأمونيا (NH3).


  • عناصر المجموعة السادسة لديها 6 إلكترونات تكافؤ تكون على شكل زوجين من الإلكترونات و 4 إلكترونات غير مرتبطة؛ أي أنها بحاجة لإلكترونين فقط للوصول إلى الثمانية من خلال تكوين رابطتين تساهميتين، مثل الروابط التي يكونها الأكسجين في جزيء الماء (H2O).


نموذج لويس وعلاقته بقاعدة الثمانيات

يوضح نموذج لويس (بالإنجليزية: Lewis model) تكوين الروابط الكيميائية من خلال نقل أو مشاركة الإلكترونات للوصول لحالة أكثر استقراراً، حيث تتشكل الرابطة الأيونية من خلال انتقال الإلكترونات بين الأيونات، أما الرابطة التساهمية، فيتم تكوينها من خلال مشاركة الإلكترونات بين اثنين من اللافلزات، ويعتمد نموذج لويس على قاعدة الثمانيات، فهي التي توضح السلوك الذي ستسلكه كل ذرة حتى تصل إلى وضع الاستقرار، وبالتالي توضح نوع الرابطة التي ستشكلها، وشكل نموذج لويس الخاص بها.[٦]

المراجع

  1. Karen G Blaettler (26-11-2018), "How to Use the Octet Rule", sciencing, Retrieved 18-7-2021. Edited.
  2. his cubical atom theory. "The Octet Rule", libretexts, 16-8-2020, Retrieved 19-7-2021. Edited.
  3. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (16-10-2019), "Lewis Structure Definition and Example", thoughtco, Retrieved 19-7-2021. Edited.
  4. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (4-11-2019), "Octet Rule Definition in Chemistry", thoughtco, Retrieved 19-7-2021. Edited.
  5. "Octet Rule", byjus, Retrieved 26-7-2021. Edited.
  6. ^ أ ب "9.2: Lewis Symbols and the Octet Rule", jove, Retrieved 19-7-2021. Edited.
  7. "1.2: The Octet Rule and Covalent Bonding", libretexts, 2-10-2019, Retrieved 19-7-2021. Edited.