קשר קוולנטי

Gnome-colors-edit-find-replace.svgיש לשכתב ערך זה. ייתכן שהערך מכיל טעויות, או שהניסוח וצורת הכתיבה שלו אינם מתאימים.
אתם מוזמנים לסייע ולתקן את הבעיות, אך אנא אל תורידו את ההודעה כל עוד לא תוקן הדף. אם אתם סבורים כי אין בדף בעיה, ניתן לציין זאת בדף השיחה.
קשר קוולנטי בין אטום פחמן וארבעה אטומי מימן, היוצר את מולקולת המתאן

קשר קוולנטי או קשר שיתופי הוא קשר כימי בין 2 יסודות[1].

האל מתכות ביניהן מספר אלקטרונים מאלקטרוני הערכיות שלהם. בקשר קוולנטי כל אטום משני אטומי הקשר תורם לקשר מספר זהה של אלקטרונים - ועל שם כך הקשר נקרא "קוולנטי" ("קו" - שיתוף, "וולנט" - ערכיות).

קשר קוולנטי הוא אחד משלושת סוגי הקשרים הכימיים הראשוניים, יחד עם קשר יוני וקשר מתכתי, ומהווה אחד מן הקשרים הכימיים החזקים ביותר.

אלקטרוני הקשר ממלאים יחדיו אורביטלי קשר מולקולרי, כאשר צפיפות ענן האלקטרונים באורביטלים אלו סביב אטומי הקשר יכולה להיות:

  • זהה - במקרה זה הקשר יקרא קשר קוולנטי טהור (לדוגמה, הקשר המחבר בין אטומי פחמן ביהלום) או שונה - אז הקשר ייקרא קשר קוולנטי קוטבי (כמו למשל הקשר בין מימן לחמצן במים).

אלקטרונים

בדומה לכל הקשרים הכימיים הראשוניים: הבסיס ליצירת קשר קוולנטי הוא השאיפה של האטומים להיות בעלי סידור אלקטרונים שלם, בו כל הקליפות והאורביטלים בהן, מלאות או ריקות לחלוטין מאלקטרונים, בדומה לסידור האלקטרונים של אטומי הגז האצילים. במקרה של מפגש בין שני אטומי אל-מתכת, האטומים מושכים את האלקטרונים אחד של השני ומספקים שאיפה זו על ידי שיתוף מספר אלקטרונים אשר יחדיו ימלאו את רמת האלקטרונים המאוכלסת החיצונית ביותר שלהם. הרי שכל הרמות מתחת כבר מלאות, מילוי אותה רמה יביא לסידור אלקטרונים שלם.

סידור האלקטרונים

כל אורביטל יכול להכיל אלקטרון בודד עד שניים. לאלקטרונים עדיף אנרגטית להתפרס באורביטלים בעלי רמת אנרגיה זהה, ביחידים. ברגע שכל האורביטלים מאוכלסים על ידי אלקטרון בודד, העדיפות האנרגטית קובעת כי אלקטרונים נוספים - ימלאו אורביטלים מאוכלסים כבר, למילויים בשני אלקטרונים. זאת בטרם מילוי אורביטלים ברמות אנרגיה גבוהות יותר.

כתוצאה מכך, באטומים אל-מתכתיים שאינם גזים אצילים, מספר האלקטרונים אשר "חסרים" לסידור אלקטרונים מלא זהה למספר האלקטרונים הבודדים. מספר זה הוא מספר הקשרים הקוולנטיים אשר האטום יכול ליצור עם אטומים אחרים.

לדוגמה: לאטום חמצן O יש ששה אלקטרונים בקליפתו החיצונית, אשר בה ארבעה אורביטלים. על כן, ישנם שני זוגות אלקטרונים (בשני אורביטלים), ושני אלקטרונים יחידים (בשני אורביטלים נפרדים). ניתן לראות הייצוג אלקטרוני הערכיות לפי דיאגרמת לואיס (אלקטרונים אלו מסומנים בנקודות סביב האטום) את התפלגות האלקטרונים:

אטום חמצן

בקשר קוולנטי, חולקים שני אטומים את האלקטרונים החופשיים שלהם ברמת האנרגיה הגבוהה ביותר, ליצירת אורביטלים משותפים (בהם זוגות אלקטרונים) המצויים בין שני האטומים. קשרים קוולנטים אותם יוצר אטום עם אטומים אחרים משלימים את מצבו האלקטרוני של האטום למצב הדומה למצבו הנייטרלי של אטום גז אציל. ישנם מקרים היוצאים מכלל זה, לדוגמה, קשר מתכתי או מקרים בהם האלקטרונים מהרמות הפנימיות משתתפים בקשר.

בין שני אטומים עשוי להיווצר קשר קוולנטי יחיד (זוג אלקטרונים משותף), כפול (שני זוגות אלקטרונים משותפים) או משולש (שלושה זוגות). קשר מרובע ומחומש עשוי להתקיים בין מתכות.

קשר קוולנטי מסומן בקווים בין שני האטומים.
דוגמאות לסימוני קשרים (לפי מספר האלקטרונים החופשיים)

קשר קוולנטי יחיד בין אטום מימן לאטום פלואור:

קשר קוולנטי כפול בין אטום חמצן לאטום גפרית:

קשר קוולנטי משולש בין אטום זרחן לאטום חנקן:

סוגי הקשרים הקוולנטים

ישנם שני סוגים של קשרים קוולנטים קשר קוולנטי מלא וקשר קוולנטי קוטבי, בלעז פולרי. בקשר קוולנטי מלא מדובר בשתי אל מתכות זהות שיוצרות קשר קוולנטי ואז אלקטרוני הערכיות שלהם נמצאים פעם באטום הראשון ופעם בשני. בקשר קוולנטי פולרי מדובר בשתי אל מתכות שונות שמתרכבות רק שלאחת יש אלקטרושליליות גבוהה יותר (אין שני יסודות בעלי אלקטרושליליות זהה) ולכן רב הזמן אלקטרוני הערכיות נמצאים אצל האטום בעל האלקטרושליליות הגבוהה ביותר אפילו שכמות זמן לא מבוטל האלקטרונים יהיו אצל בעל האלקטרושליליות הנמוכה יותר לדוגמה מימן H שמתרכב עם פלואור F. לפלואור אלקטרושליליות גבוהה יותר מאשר למימן אפילו שלמימן יש אלקטרושליליות גבוהה יחסית לשאר היסודות בטבלה ולכן רב הזמן אלקטרוני הערכיות יהיו אצל פלואור אבל גם חלק מהזמן אצל המימן.