قاعدة أساسية في الكيمياء يمكن كسرها !

تشير دراسة حديثة إلى أنّ الذرّات يمكن أن تكوّن روابط مع ذرات أخرى؛ ليس فقط عن طريق الإلكترونات السطحية التي في المجال الخارجي، وإنما أيضاً عن طريق الإلكترونات الداخلية !! هل يعقل هذا ؟

معظمنا تعلّمنا في مادة الكيمياء في المدرسة الثانوية أنّ الذرات يمكن أن تكوّن روابط كيميائية فقط عندما يتم تقاسم الإلكترونات الموجودة في المجال الخارجي. ولكن هذا قد لا يكون صحيحاً تماماً. فقد استطاع عالم كيميائي أن يحسب أنه في ظل الضغوط العالية جداً ليس فقط الإلكترونات الخارجية تكوّن الروابط ، إنما الداخلية أيضاً.

داخل الذرات ، يتم تنظيم الإلكترونات في مستويات طاقيّة، تسمّى المجالات، ويمكن لكل مجال أن يحتمل عدداً محدداً من الإلكترونات.

تفضّل الذرات عادةً المجالات المُشبعة بالإلكترونات، لذلك إذا كان ينقصها في مجالاتها الخارجية إلكترون واحد أو أكثر للوصول إلى حالة الاكتمال أو الإشباع، فإنّها تعمَد إلى استعارة إلكترونات من ذرات أخرى لديها إلكترونات إضافية في مجالاتها الخارجية.

لكن في بعض الأحيان ، وحسب ما تشير دراسة جديدة ، تصبح لدى الذرات القدرة على مشاركة الإلكترونات الداخلية التي كنا نعتبرها دوماً ساكنة، ولا يمكن أن تشارك في أي تفاعل كيميائي.

تّظهر الحسابات أنّ من الممكن أن يتشكل جزيئان بين ذرات السيزيوم والفلور، وذلك في ظل ضغط عالي جداً؛ حوالي 30 جيجاباسكال، أي أعلى من الضغط في قاع المحيط ولكن أقل مما هو عليه في مركز الأرض.

السيزيوم ، الموجود في أقصى يسار الجدول الدوري، لديه إلكترون واحد في مجاله الخارجي.

أما الفلور فيقع في أقصى اليمين تقريباً من الجدول الدوري - بجانب عمود الغازات النبيلة التي تتميز بمجالات مشبعة تماماً بالإلكترونات – وينقصه إلكترون واحد عن المجال الخارجي الكامل.

تحت الضغط العادي يعطي عنصر السيزيوم إلكتروناً لذرة الفلور ويرتبطان معاً بنسبة 1:1، ولكن تحت ضغط عالٍ تبدأ الإلكترونات من المجالات الداخلية للسيزيوم بتكوين جزيئات مع الفلور.

حدّد العلماء جزيئين يمكن أن يتشكّلا ويبقيا مستقرّين تحت الضغط العالي: ثلاثي فلوريد السيزيوم ( CsF3)، حيث يشارك السيزيوم بإلكترونه الخارجي إضافة إلى اثنين داخليين ( المجموع: 3 الكترونات من ذرة السيزيوم) مع ثلاث ذرات من الفلور.

وخماسي فلوريد السيزيوم ( CsF5 )، حيث يشارك السيزيوم بإلكترونه الخارجي مع أربعة إلكترونات داخلية، مع خمس ذرات من الفلور، بحيث يشكّل جزيئاً جميلاً جداً يشبه نجم البحر.

وهذه هي أول حالة تفقد فيها الفلزّات القلوية ليس فقط إلكترونها الخارجي بسهولة، بل تشارك بإلكتروناتها الداخلية أيضاً.

السبب في حدوث مثل هذه التفاعلات له علاقة بالمحتوى الحراري (السَّخَانة enthalpy)– وهو مقياس للطاقة الإجمالية لنظام ما تحت ضغط ثابت. تميل التفاعلات الكيميائية دوماً إلى إنتاج مركّبات منخفضة المحتوى الحراري .

قاس العلماء المحتوى الحراري للمركبات المحتملة من فلوريد السيزيوم، ووجدوا أنه في الضغط العالي جداً يكون المحتوى الحراري لهذه المركبات الكبيرة منخفضاً، وبالتالي من المرجّح أن تتشكّل.

حتى الآن لم يحاول أحد إنتاج هذه الجزيئات في المختبر، ولكن يقول العلماء أنّ ذلك ممكن خصوصاً أن الضغوط العالية اللازمة لتشكيلها في متناول المعدّات الحديثة.

الآن وبعد أن كُسرت هذه القاعدة الأساسية للكيمياء في المدرسة الثانوية، من يدري ما هي المفاجآت الجزيئية الأخرى التي يمكن أن تخبّأ لنا ؟؟

المصدر:

هنا

مصدر الصورة:

هنا