Skip to content · ⁨الانتقال إلى المحتوى⁩

Compound Structure and Properties · ⁨بنية المركبات وخصائصها⁩

AP Chemistry · ⁨AP الكيمياء⁩ · Topic 2 · ⁨الموضوع 2⁩

Video lesson for this topic · ⁨درس فيديو لهذا الموضوع⁩ Open the video page · ⁨افتح صفحة الفيديو⁩
8:45

بنية المركبات وخصائصها

ثلاثة مواد صلبة على طاولة العمل. ملح الطعام. ألماس. قطعة نحاس. اضرب الملح بالمطرقة فيتفتت. الخدش الألماس تقريباً أي شيء. الـ…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨سرد باللغة الإنجليزية · ترجمة مدمجة بالإنجليزية + الصينية⁩

2.1

Types of Chemical Bonds · ⁨أنواع الروابط الكيميائية⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Learning Objective 2.1.A: Explain the relationship between the type of bonding and the properties of the elements participating in the bond.

  • 2.1.A.1 Electronegativity values for the representative elements increase going from left to right across a period and decrease going down a group. These trends can be understood qualitatively through the electronic structure of the atoms, the shell model, and Coulomb's law.
  • 2.1.A.2 Valence electrons shared between atoms of similar electronegativity constitute a nonpolar covalent bond. For example, bonds between carbon and hydrogen are effectively nonpolar even though carbon is slightly more electronegative than hydrogen.
  • 2.1.A.3 Valence electrons shared between atoms of unequal electronegativity constitute a polar covalent bond.
    • i. The atom with a higher electronegativity will develop a partial negative charge relative to the other atom in the bond.
    • ii. In single bonds, greater differences in electronegativity lead to greater bond dipoles.
    • iii. All polar bonds have some ionic character, and the difference between ionic and covalent bonding is not distinct but rather a continuum.
  • 2.1.A.4 The difference in electronegativity is not the only factor in determining if a bond should be designated as ionic or covalent. Generally, bonds between a metal and nonmetal are ionic, and bonds between two nonmetals are covalent. Examination of the properties of a compound is the best way to characterize the type of bonding.
  • 2.1.A.5 In a metallic solid, the valence electrons from the metal atoms are considered to be delocalized and not associated with any individual atom.
العربية

الهدف التعليمي 2.1.A: شرح العلاقة بين نوع الرابطة وخصائص العناصر المشاركة فيها.

  • 2.1.A.1 تتزايد قيم الكهروسالبية للعناصر الممثلة من اليسار إلى اليمين عبر الدورة وتنخفض عند النزول في المجموعة. يمكن فهم هذه الاتجاهات نوعياً من خلال البنية الإلكترونية للذرات، ونموذج الغلاف، وقانون كولوم.
  • 2.1.A.2 تشكل إلكترونات التكافؤ المشتركة بين ذرات ذات كهروسالبية متماثلة رابطة تساهمية غير قطبية. على سبيل المثال، الروابط بين الكربون والهيدروجين تعتبر غير قطبية عملياً على الرغم من أن الكربون أكثر كهروسالبية قليلاً من الهيدروجين.
  • 2.1.A.3 تشكل إلكترونات التكافؤ المشتركة بين ذرات ذات كهروسالبية غير متساوية رابطة تساهمية قطبية.
    • i. سيكتسب الذرة ذات الكهروسالبية الأعلى شحنة جزئية سالبة بالنسبة للذرة الأخرى في الرابطة.
    • ii. في الروابط الأحادية، تؤدي الفروقات الأكبر في الكهروسالبية إلى ثنائيات قطب أكبر للرابطة.
    • iii. جميع الروابط القطبية تمتلك بعض الطابع الأيوني، والفرق بين الرابطة الأيونية والتساهمية ليس حاداً بل يمثل استمرارية.
  • 2.1.A.4 الفرق في الكهروسالبية ليس العامل الوحيد لتحديد ما إذا كانت الرابطة يجب تصنيفها كأيونية أو تساهمية. عموماً، تكون الروابط بين فلز ولا فلز أيونية، والروابط بين لا فلزين تساهمية. يُعد فحص خصائص المركب أفضل طريقة لتصنيف نوع الرابطة.
  • 2.1.A.5 في الصلبة المعدنية، تُعتبر إلكترونات التكافؤ من ذرات الفلز موزعة عدم توطين وغير مرتبطة بذرة فردية.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

A chemical bond 化学键 is an attraction that holds atoms together. Which type forms depends on the atoms' electronegativities:

  • Ionic bond 离子键: electrons transfer from a metal to a nonmetal (large electronegativity difference).
  • Covalent bond 共价键: nonmetals share electrons (small difference). A big-but-not-huge difference gives a polar covalent 极性共价 bond.
  • Metallic bond 金属键: metal atoms share a "sea" of mobile electrons.
العربية
بلورات كلوريد الصوديوم: تتشكل المواد الصلبة الأيونية شبكة بلورية من الأيونات ذات الشحنات المتضادة
بلورات كلوريد الصوديوم: تتشكل المواد الصلبة الأيونية شبكة بلورية من الأيونات ذات الشحنات المتضادة

الرابط الكيميائي هو قوة جذب تمسك الذرات معاً. نوع الرابطة الذي يتشكل يعتمد على سالبية كهربية الذرات:

الرابطة الأيونية: تنقل ذرة فلزية إلكتروناتها الخارجية إلى لا فلز
الرابطة الأيونية: تنقل ذرة فلزية إلكتروناتها الخارجية إلى لا فلز
  • الرابطة الأيونية: تنتقل الإلكترونات من فلز إلى لا فلز (اختلاف كبير في السالبية الكهربية).
  • الرابطة التساهمية: تتشارك اللافلزات الإلكترونات (اختلاف صغير). يعطي الاختلاف الكبير ولكن ليس الهائل رابطة تساهمية قطبية.
  • الرابطة الفلزية: تتشارك ذرات الفلز "بحراً" من الإلكترونات الحرة الحركة.
بلورة ألماس: شبكات تساهمية عملاقة تفسر الصلابة القصوى ونقاط الانصهار العالية
بلورة ألماس: شبكات تساهمية عملاقة تفسر الصلابة القصوى ونقاط الانصهار العالية
Explore · ⁨استكشف⁩

Form an ionic bond by electron transfer · ⁨تكوين رابطة أيونية عن طريق نقل الإلكترونات⁩

An ionic bond forms when a metal gives electrons to a non-metal, making oppositely charged ions that attract; a covalent bond shares electrons instead. · ⁨تتكون الرابطة الأيونية عندما يعطي معدن إلكترونات لفلز لا فلزي، مكونًا أيونات متعاكسة الشحنة تنجذب؛ بينما الرابطة التساهمية تشارك الإلكترونات بدلاً من ذلك.⁩

2.2

Intramolecular Force and Potential Energy · ⁨القوى داخل الجزيئ والطاقة الكامنة⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Learning Objective 2.2.A: Represent the relationship between potential energy and distance between atoms, based on factors that influence the interaction strength.

  • 2.2.A.1 A graph of potential energy versus the distance between atoms (internuclear distance) is a useful representation for describing the interactions between atoms. Such graphs illustrate both the equilibrium bond length (the separation between atoms at which the potential energy is lowest) and the bond energy (the energy required to separate the atoms).
  • 2.2.A.2 In a covalent bond, the bond length is influenced by both the size of the atom's core and the bond order (i.e., single, double, triple). Bonds with a higher order are shorter and have larger bond energies.
  • 2.2.A.3 Coulomb's law can be used to understand the strength of interactions between cations and anions.
    • i. Because the interaction strength is proportional to the charge on each ion, larger charges lead to stronger interactions.
    • ii. Because the interaction strength increases as the distance between the centers of the ions (nuclei) decreases, smaller ions lead to stronger interactions.
العربية

الهدف التعليمي 2.2.A: تمثيل العلاقة بين الطاقة الكامنة والمسافة بين الذرات، بناءً على العوامل المؤثرة في قوة التفاعل.

  • 2.2.A.1 يعد رسم بياني للطاقة الكامنة مقابل المسافة بين الذرات (المسافة النووية الداخلية) تمثيلاً مفيداً لوصف التفاعلات بين الذرات. توضح مثل هذه الرسوم البيانية طول الرابطة المتوازن (الفصل بين الذرات الذي تكون عنده الطاقة الكامنة أدنى) وطاقة الرابطة (الطاقة اللازمة لفصل الذرات).
  • 2.2.A.2 في الرابطة التساهمية، يتأثر طول الرابطة بحجم نواة الذرة ورتبة الرابطة (أي أحادية، مزدوجة، ثلاثية). الروابط ذات الرتبة الأعلى تكون أقصر ولها طاقات رابطة أكبر.
  • 2.2.A.3 يمكن استخدام قانون كولوم لفهم قوة التفاعلات بين الكاتيونات والأنيونات.
    • i. بما أن قوة التفاعل تتناسب طردياً مع شحنة كل أيون، فإن الشحنات الأكبر تؤدي إلى تفاعلات أقوى.
    • ii. بما أن قوة التفاعل تزداد كلما قلّت المسافة بين مراكز الأيونات (الأنوية)، فإن الأيونات الأصغر تؤدي إلى تفاعلات أقوى.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

As two atoms approach, a potential energy 势能 curve captures the balance of attraction and repulsion. It dips to a minimum at the bond length 键长 (the stable separation) whose depth is the bond energy 键能. Shorter, stronger bonds sit in deeper, tighter wells; more shared pairs (double, triple bonds) give shorter, stronger bonds.

العربية

عند اقترب ذرتان، تلتقط منحنى الطاقة الكامنة توازن التجاذب والتنافر. ينخفض المنحنى لقيمة دنيا عند طول الرابطة (المسافة المستقرة)، وعمق هذا الانخفاض هو طاقة الرابطة. الروابط الأقصر والأقوى تقع في آبار أعمق وأكثر إحكاماً؛ وعدد أكبر من الأزواج المشتركة (روابط ثنائية وثلاثية) ينتج روابط أقصر وأقوى.

2.3

Structure of Ionic Solids · ⁨بنية المواد الصلبة الأيونية⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Learning Objective 2.3.A: Represent an ionic solid with a particulate model that is consistent with Coulomb's law and the properties of the constituent ions.

  • 2.3.A.1 The cations and anions in an ionic crystal are arranged in a systematic, periodic 3-D array that maximizes the attractive forces among cations and anions while minimizing the repulsive forces.
    • Exclusion statement: Knowledge of specific crystal structures is not essential to an understanding of the learning objective and will not be assessed on the AP Exam.
العربية

الهدف التعليمي 2.3.A: تمثيل المادة الصلبة الأيونية بنموذج جسيمات يتوافق مع قانون كولوم وخصائص الأيونات المكونة.

  • 2.3.A.1 تتكون الكاتيونات والأنيونات في البلورة الأيونية من مصفوفة منتظمة ودورية 3-D تعظم القوى الجاذبة بين الكاتيونات والأنيون وتقلل القوى الدافعة.
    • عبارة الاستبعاد: معرفة الهياكل البلورية المحددة ليست ضرورية لفهم الهدف التعليمي ولن يتم تقييمها في امتحان AP.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

An ionic solid 离子固体 is a repeating 3-D lattice 晶格 of alternating cations and anions, held by strong electrostatic attraction. This explains their high melting points, brittleness, and why they conduct only when molten or dissolved (ions freed to move). The lattice energy rises with larger ion charges and smaller ions, so MgO (both $2+/2-$) melts far higher than NaCl (both $1+/1-$).

العربية

الصلب الأيوني هو شبكة 3-D بلورية متكررة من الكاتيونات والأنيونات المتناوبة، ترتبط بجذب كهروستاتيكي قوي. وهذا يفسر نقاط انصهارها العالية، وهششتها، ولماذا توصل الكهرباء فقط عند انصهارها أو ذوبانها (تحرر الأيونات للحركة). تزداد طاقة الشبكة بزيادة شحنة الأيونات وصغرها، لذا فإن MgO (كلاهما $2+/2-$) ينصهر عند درجة حرارة أعلى بكثير من NaCl (كلاهما $1+/1-$).

تترتب الأيونات في شبكة بلورية عملاقة من الأيونات الموجبة والسالبة المتناوبة
تترتب الأيونات في شبكة بلورية عملاقة من الأيونات الموجبة والسالبة المتناوبة
Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
lattice/ˈlætɪs/ شبكة
delocalized/dɪˈlɒkəlaɪzd/ غير موضوعة
2.4

Structure of Metals and Alloys · ⁨بنية المعادن والسبائك⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Learning Objective 2.4.A: Represent a metallic solid and/or alloy using a model to show essential characteristics of the structure and interactions present in the substance.

  • 2.4.A.1 Metallic bonding can be represented as an array of positive metal ions surrounded by delocalized valence electrons (i.e., a "sea of electrons").
  • 2.4.A.2 Interstitial alloys form between atoms of significantly different radii, where the smaller atoms fill the interstitial spaces between the larger atoms (e.g., with steel in which carbon occupies the interstices in iron).
  • 2.4.A.3 Substitutional alloys form between atoms of comparable radius, where one atom substitutes for the other in the lattice. (e.g., in certain brass alloys, other elements, usually zinc, substitute for copper.)
العربية

الهدف التعليمي 2.4.A: تمثيل المادة الصلبة المعدنية و/أو السبيكة باستخدام نموذج يوضح الخصائص الأساسية للبنية والتفاعلات الموجودة في المادة.

  • 2.4.A.1 يمكن تمثيل الرابطة المعدنية كمصفوفة من أيونات الفلز الموجوبة محاطة بإلكترونات تكافؤ موزعة عدم توطين (أي "بحر من الإلكترونات").
  • 2.4.A.2 تتشكل السبائك الفراغية بين ذرات ذات نصف قطر مختلف بشكل ملحوظ، حيث تملأ الذرات الأصغر الفراغات البينية بين الذرات الأكبر (مثل الصلب حيث يشغل الكربون الفراغات البينية في الحديد).
  • 2.4.A.3 تتشكل السبائك البديلة بين ذرات ذات نصف قطر مقارب، حيث تحل ذرة محل الأخرى في الشبكة البلورية. (مثل بعض سبائك النحاس الأصفر، حيث تحل عناصر أخرى، عادة الزنك، محل النحاس).

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

In a metal, cations sit in a lattice bathed in delocalized 离域 electrons, which explains conductivity, malleability, and luster. An alloy 合金 mixes metals: a substitutional alloy swaps in similar-sized atoms; an interstitial alloy (like steel) fits small atoms into the gaps, making it harder.

العربية

في الفلز، تقعد الكاتيونات في شبكة محاطة بـإلكترونات غير محلية، مما يفسر التوصيل الكهربائي والمطيلية واللمعان. السبيكة خلط للمعادن: السبيكة البديلة تستبدل ذرات بحجم مشابه؛ أما السبيكة بين الفراغيات (مثل الصلب) فتضع ذرات صغيرة في الفراغات، مما يجعلها أصلب.

ذرات مختلفة الأحجام في السبائك تمنع انزلاق الطبقات، مما يجعلها أكثر صلابة
ذرات بأحجام مختلفة في السبيكة تمنع الطبقات من الانزلاق، مما يجعلها أصلب
الرابطة الفلزية: أيونات موجبة في بحر من الإلكترونات اللامركزية
الرابطة الفلزية: أيونات موجبة في بحر من الإلكترونات اللامركزية
النحاس الطبيعي: الرابطة الفلزية تعطي صلباً لامعاً ومطليلاً مع إلكترونات غير محلية
النحاس الطبيعي: الرابطة الفلزية تعطي صلباً لامعاً ومطليلاً مع إلكترونات غير محلية
Explore · ⁨استكشف⁩

Slide layers in a metallic lattice · ⁨اسحب الطبقات في الشبكة البلورية المعدنية⁩

A metal is positive ions in a sea of delocalised electrons. The layers can slide without breaking the bond, so metals are malleable and conduct. · ⁨المعدن عبارة عن أيونات موجبة في بحر من الإلكترونات غير الموضحة. يمكن للطبقات الانزلاق دون كسر الرابطة، لذا المعادن مطيعة وموصلة للكهرباء.⁩

Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
chemical bond/ˈkemɪkl bɒnd/ رابطة كيميائية
Ionic bond/aɪˈɒnɪk bɒnd/ رابطة أيونية
Covalent bond/ˈkəʊvələnt bɒnd/ رابطة تساهمية
polar covalent/ˈpəʊlə ˈkəʊvələnt/ تساهمية قطبية
Metallic bond/məˈtælɪk bɒnd/ رابطة معدنية
potential energy/pəˈtenʃl ˈenədʒi/ الطاقة الكامنة
bond length/bɒnd leŋθ/ طول الرابطة
bond energy/bɒnd ˈenədʒi/ طاقة الرابطة
ionic solid/aɪˈɒnɪk ˈsɒlɪd/ صلب أيوني
alloy/ˈælɔɪ/ السبائك
Lewis diagram/ˈluːɪs ˈdaɪəɡræm/ مخطط لويس
lone pairs/ləʊn peəz/ أزواج الإلكترونات الوحيدة
octet/ɒkˈtet/ ثماني إلكتروني
resonance/ˈrezənəns/ الرنين
Formal charge/ˈfɔːml tʃɑːdʒ/ الشكلية الشحنة
2.5

Lewis Diagrams · ⁨مخططات لويس⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Learning Objective 2.5.A: Represent a molecule with a Lewis diagram.

  • 2.5.A.1 Lewis diagrams can be constructed according to an established set of principles.
العربية

هدف التعلم 2.5.A: تمثيل جزيء بمخطط لويس.

  • 2.5.A.1 يمكن بناء مخططات لويس وفقاً لمجموعة من المبادئ الراسخة.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

A Lewis diagram 路易斯结构 shows valence electrons as bonding pairs and lone pairs 孤对电子, giving most atoms an octet 八隅体 (8 valence electrons; H wants 2). Steps: count total valence electrons, connect atoms with single bonds, complete octets on outer atoms, then form multiple bonds if the central atom is short.

Worked example. Draw carbon dioxide, $\text{CO}_2$. Total valence electrons $=4+2(6)=16$. Put C in the centre; single bonds to each O use $4$ electrons and leave the outer O atoms short. Completing octets forces two double bonds, $\text{O}=\text{C}=\text{O}$: each O then has two lone pairs, C has none, and all $16$ electrons are placed with every atom at an octet.

العربية

مخطط لويس يُظهر إلكترونات التكافؤ كأزواج رابطة وأزواج وحيدة، مما يمنح معظم الذرات ثمانيات (8 إلكترونات تكافؤ؛ الهيدروجين يحتاج 2). الخطوات: احسب مجموع إلكترونات التكافؤ، وصل الذرات بروابط فردية، أكمل الثمانيات للذرات الخارجية، ثم كوّن روابط متعددة إذا كان الذرة المركزية ناقصة.

تُظهر المخططات النقطية والصليبية الأزواج الرابطة والأزواج الوحيدة في الجزيء
تُظهر المخططات النقطية والصليبية الأزواج الرابطة والأزواج الوحيدة في الجزيء

مثال محلل. ارسم ثاني أكسيد الكربون، $\text{CO}_2$. إجمالي إلكترونات التكافؤ $=4+2(6)=16$. ضع C في الوسط؛ الروابط الفردية لكل O تستهلك $4$ إلكترونات وتترك ذرات O الخارجية ناقصة. إكمال الثمانيات يجبر تكوين رابطتين ثنائيتين، $\text{O}=\text{C}=\text{O}$: عندها يكون لكل O زوجان وحيدان، وC ليس لديه أزواج وحيدة، وتم وضع جميع $16$ إلكترونات بحيث تمتلك كل ذرة ثمانية.

2.6

Resonance and Formal Charge · ⁨الرنانة والشحنة الرسمية⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Learning Objective 2.6.A: Represent a molecule with a Lewis diagram that accounts for resonance between equivalent structures or that uses formal charge to select between nonequivalent structures.

  • 2.6.A.1 In cases where more than one equivalent Lewis structure can be constructed, resonance must be included as a refinement to the Lewis structure. In many such cases, this refinement is needed to provide qualitatively accurate predictions of molecular structure and properties.
  • 2.6.A.2 The octet rule and formal charge can be used as criteria for determining which of several possible valid Lewis diagrams provides the best model for predicting molecular structure and properties.
  • 2.6.A.3 As with any model, there are limitations to the use of the Lewis structure model, particularly in cases with an odd number of valence electrons.
العربية

هدف التعلم 2.6.A: تمثيل جزيء بمخطط لويس يراعي الرنين بين هياكل مكافئة أو يستخدم الشحنة الرسمية لاختيار بين هياكل غير مكافئة.

  • 2.6.A.1 في الحالات التي يمكن فيها بناء أكثر من هيكل لويس مكافئ، يجب تضمين الرنين كتعديل لهيكل لويس. وفي العديد من هذه الحالات، يكون هذا التعديل ضرورياً لتقديم تنبؤات دقيقة نوعياً لبنية الجزيئات وخصائصها.
  • 2.6.A.2 يمكن استخدام قاعدة الثمانيات والشحنة الرسمية كمعايير لتحديد أي من مخططات لويس الصالحة المتعددة يقدم أفضل نموذج للتنبؤ ببنية الجزيئات وخصائصها.
  • 2.6.A.3 كما هو الحال مع أي نموذج، توجد حدود لاستخدام نموذج هيكل لويس، لا سيما في الحالات التي يحتوي فيها عدد الإلكترونات التكافئية على عدد فردي.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

When two or more valid Lewis diagrams differ only in electron placement, the true structure is an average – resonance 共振. Formal charge 形式电荷 (valence electrons minus lone-pair electrons minus half the bonding electrons) picks the best structure: the one with formal charges closest to zero, and any negative charge on the most electronegative atom.

Worked example. Assign formal charges in the nitrate ion, $\text{NO}_3^{-}$ (one double bond, two single bonds). For N (4 bonds, no lone pairs): $5-0-4=+1$. For the double-bonded O (2 lone pairs): $6-4-2=0$. For each single-bonded O (3 lone pairs): $6-6-1=-1$. The total is $+1+0+(-1)+(-1)=-1$, matching the ion's overall charge – a good check that the structure is drawn correctly. Because the three O atoms are equivalent by resonance, the real ion has three identical bonds.

العربية

عندما differ رسمان أو أكثر من مخططات لويس الصالحة في مكان الإلكترونات فقط، فإن البنية الحقيقية هي متوسط – الرنانة. الشحنة الرسمية (إلكترونات التكافؤ ناقص إلكترونات الأزواج الوحيدة ناقص نصف الإلكترونات الرابطة) تختار أفضل بنية: تلك التي تكون فيها الشحنات الرسمية أقرب للصفر، وأن تكون أي شحنة سالبة على أكثر الذرات سالبية كهربية.

مثال محلول. حدد الشحنات الرسمية في أيون النترات، $\text{NO}_3^{-}$ (رابطة مزدوجة واحدة، رابطتين أحادية). بالنسبة لـ N (4 روابط، لا أزواج حرة): $5-0-4=+1$. بالنسبة للـ O المزدوج الرابطة (2 أزواج حرة): $6-4-2=0$. بالنسبة لكل O أحادي الرابطة (3 أزواج حرة): $6-6-1=-1$. المجموع هو $+1+0+(-1)+(-1)=-1$، مما يطابق الشحنة الكلية لأيون – وهو اختبار جيد للتأكد من رسم البنية بشكل صحيح. وبسبب تكافؤ ذرات الأكسجين الثلاث بالرنين، فإن الأيون الحقيقي يحتوي على ثلاث روابط متماثلة.

2.7

VSEPR and Bond Hybridization · ⁨نظرية VSEPR والتهجين⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Learning Objective 2.7.A: Based on the relationship between Lewis diagrams, VSEPR theory, bond orders, and bond polarities:

  • i. Explain structural properties of molecules.

  • ii. Explain electron properties of molecules.

  • 2.7.A.1 VSEPR theory uses the Coulombic repulsion between electrons as a basis for predicting the arrangement of electron pairs around a central atom.

  • 2.7.A.2 Both Lewis diagrams and VSEPR theory must be used for predicting electronic and structural properties of many covalently bonded molecules and polyatomic ions, including the following:

    • i. Molecular geometry (linear, trigonal planar, tetrahedral, trigonal pyramidal, bent, trigonal bipyramidal, seesaw, T-shaped, octahedral, square pyramidal, square planar)
    • ii. Bond angles
    • iii. Relative bond energies based on bond order
    • iv. Relative bond lengths (multiple bonds, effects of atomic radius)
    • v. Presence of a dipole moment
    • vi. Hybridization of valence orbitals for atoms within a molecule or polyatomic ion
  • 2.7.A.3 The terms "hybridization" and "hybrid atomic orbital" are used to describe the arrangement of electrons around a central atom. When the central atom is $sp$ hybridized, its ideal bond angles are $180°$; for $sp^2$ hybridized atoms the bond angles are $120°$; and for $sp^3$ hybridized atoms the bond angles are $109.5°$.

    • Exclusion statement: An understanding of the derivation and depiction of hybrid orbitals will not be assessed on the AP Exam. The course includes the distinction between sigma and pi bonding, the use of VSEPR to explain the shapes of molecules, and the $sp$, $sp^2$, and $sp^3$ nomenclature.
    • Exclusion statement: Hybridization involving d orbitals will not be assessed on the AP Exam. When an atom has more than four pairs of electrons surrounding the central atom, students are only responsible for the shape of the resulting molecule.
  • 2.7.A.4 Bond formation is associated with overlap between atomic orbitals. In multiple bonds, such overlap leads to the formation of both sigma and pi bonds. The overlap is stronger in sigma than pi bonds, which is reflected in sigma bonds having greater bond energy than pi bonds. The presence of a pi bond also prevents the rotation of the bond and leads to geometric isomers.

    • Exclusion statement: Molecular orbital theory is recommended as a way to provide deeper insight into bonding. However, the AP Exam will neither explicitly assess molecular orbital diagrams, filling of molecular orbitals, nor the distinction between bonding, nonbonding, and antibonding orbitals.
العربية

هدف التعلم 2.7.A: بناءً على العلاقة بين مخططات لويس ونظرية VSEPR وترتيب الروابط وقطبية الروابط:

  • أ. شرح الخصائص الهيكلية للجزيئات.

  • ب. شرح الخصائص الإلكترونية للجزيئات.

  • 2.7.A.1 تستخدم نظرية VSEPR التنافر الكولوني بين الإلكترونات كأساس لتوقع ترتيب أزواج الإلكترونات حول الذرة المركزية.

  • 2.7.A.2 يجب استخدام كل من مخططات لويس ونظرية VSEPR للتنبؤ بالخصائص الإلكترونية والهيكلية للعديد من الجزيئات ذات الروابط التساهمية والأيونات متعددة الذرات، بما في ذلك ما يلي:

    • أ. الهندسة الجزيئية (خطية، مثلثة مستوية، رباعية السطوح، مثلثة هرمية، منحنية، مثلثة ثنائية الهرم، مقعد الخيول، الشكل T، ثمانية السطوح، هرمية مربعة، مربعة مستوية)
    • ب. زوايا الروابط
    • ج. طاقات الروابط النسبية بناءً على رتبة الرابطة
    • د. أطوال الروابط النسبية (الروابط المتعددة، تأثير نصف القطر الذري)
    • هـ. وجود عزم ثنائي القطب
    • و. تهجين المدارات التكافئية للذرات داخل الجزيء أو الأيون متعدد الذرات
  • 2.7.A.3 تُستخدم مصطلحات "التهجين" و"المدار الذري المهجن" لوصف توزيع الإلكترونات حول الذرة المركزية. عندما تكون الذرة $sp$ مهجنة، فإن زوايا الروابط المثالية لها هي $180°$؛ بالنسبة للذرات $sp^2$ المهجنة تكون الزوايا $120°$؛ وبالنسبة للذرات $sp^3$ المهجنة تكون الزوايا $109.5°$.

    • عبارة الاستبعاد: لن يتم تقييم فهم اشتقاق وعرض المدارات المهجنة في امتحان AP. يتضمن المقرر التمييز بين الروابط سيجما وبي، واستخدام VSEPR لشرح أشكال الجزيئات، والمصطلحات $sp$، $sp^2$، و$sp^3$.
    • عبارة الاستبعاد: لن يتم تقييم التهجين الذي يتضمن مدارات d في امتحان AP. عندما يكون لدى الذرة أكثر من أربع أزواج من الإلكترونات تحيط بالذرة المركزية، يكون الطلاب مسؤولين فقط عن شكل الجزيء الناتج.
  • 2.7.A.4 يرتبط تكوين الرابطة بالتداخل بين المدارات الذرية. في الروابط المتعددة، يؤدي هذا التداخل إلى تكوين روابط سيجما وبي معاً. يكون التداخل أقوى في روابط سيجما مقارنة بروابط بي، مما ينعكس في أن روابط سيجما تمتلك طاقة رابطة أعلى من روابط بي. يؤدي وجود رابطة بي أيضاً إلى منع دوران الرابطة ويؤدي إلى وجود متصاوغات هندسية.

    • عبارة الاستبعاد: يُوصى بنظرية المدارات الجزيلية كطريقة لتقديم رؤى أعمق في الروابط. ومع ذلك، لن يقيّم امتحان AP صراحةً مخططات المدارات الجزيئية، وملء المدارات الجزيئية، أو التمييز بين المدارات الرابطة وغير الرابطة ومضادة للروابط.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English
VSEPR: molecular shapes

VSEPR 价层电子对互斥 theory predicts shape: electron pairs (bonds and lone pairs) around a central atom spread out as far apart as possible. Counting electron domains gives the geometry (linear, trigonal planar, tetrahedral, …); lone pairs push bonds closer, bending the shape. Hybridization 杂化 ($sp$, $sp^2$, $sp^3$) describes the mixed orbitals matching that geometry. Molecular shape and bond polarity together decide whether the whole molecule is polar.

Worked example. Predict the shape of ammonia, $\text{NH}_3$. Nitrogen has $3$ bonding pairs and $1$ lone pair – four electron domains, so the electron geometry is tetrahedral and the hybridization is $sp^3$. The lone pair is invisible in the shape but still pushes the bonds together, so the molecular shape is trigonal pyramidal with a bond angle of about $107^{\circ}$ (a little less than the ideal $109.5^{\circ}$). The three N–H dipoles do not cancel, so the molecule is polar.

Bonds form when atomic orbitals overlap. Every single bond is one sigma bond σ键 – orbitals overlapping head-on along the line joining the two atoms. A multiple bond adds a pi bond π键, made by $p$ orbitals overlapping sideways above and below that line: a double bond is one sigma + one pi, a triple bond one sigma + two pi. Head-on overlap is more effective, so a sigma bond is stronger (higher bond energy) than a pi bond – which is why a double bond is stronger than a single bond but not twice as strong. A pi bond also locks the two atoms so they cannot rotate about the bond; a C=C double bond therefore has fixed cis and trans forms – geometric isomers 几何异构体 that a freely-rotating single bond could never show.

Worked example. Count the bonds in ethene, $\text{H}_2\text{C}=\text{CH}_2$. The four C–H bonds are single bonds (one sigma each); the C=C is one sigma plus one pi. So ethene has 5 sigma and 1 pi bond, and that single pi bond is exactly what stops the two $\text{CH}_2$ ends from twisting relative to each other.

العربية
VSEPR: الأشكال الجزيئية

تتنبأ نظرية VSEPR بالشكل: حيث تتباعد أزواج الإلكترونات (الروابط والأزواج الحرة) حول الذرة المركزية لأبعد مسافة ممكنة. يعطي حساب مجالات الإلكترونات الهندسة (خطية، مثلثة مستوية، رباعية السطوح، ...)؛ وتدفيع الأزواج الحرة للروابط يجعلها أقرب، مما يشوه الشكل. يصف التهجين ($sp$، $sp^2$، $sp^3$) المدارات المختلطة التي تطابق تلك الهندسة. تحدد الشكل الجزيئي وقطب الروابط معاً ما إذا كانت الجزيء بأكمله قطبي أم لا.

التهجين والشكل: tetrahedral sp3، planar sp2، linear sp
التهجين والشكل: tetrahedral sp3، planar sp2، linear sp
الأشكال الشائعة لنظرية VSEPR وزوايا الروابط لها
الأشكال الشائعة لنظرية VSEPR وزوايا الروابط لها

مثال محلول. تنبأ بشكل الأمونيا، $\text{NH}_3$. يحتوي النيتروجين على $3$ أزواج رابطة و$1$ زوج حر – أربعة مجالات إلكترونية، لذا فإن الهندسة الإلكترونية رباعية السطوح والتهجين هو $sp^3$. الزوج الحر غير مرئي في الشكل لكن لا يزال يدفع الروابط نحو بعضها البعض، لذا فإن الشكل الجزيئي مثلثي هرمي بزوايا رابطة تبلغ حوالي $107^{\circ}$ (أقل قليلاً من الزاوية المثالية $109.5^{\circ}$). أقطاب R–H الثلاثة لا تلغي بعضها البعض، لذا يكون الجزيء قطبيًا.

تتكون الروابط عندما تتداخل المدارات الذرية. كل رابطة أحادية هي رابطة سيجما σ – مدارات تتداخل رأساً برأس على طول الخط الواصل بين الذرتين. تضيف الرابطة المتعددة رابطة باي π، وهي ناتجة عن مدارات $p$ تتداخل جانبياً فوق وتحت ذلك الخط: الرابطة المزدوجة هي سيجما واحدة + باي واحد، والرابطة الثلاثية سيجما واحدة + باي اثنين. التداخل الرأسي أكثر فعالية، لذا فإن رابطة سيجما أقوى (طاقة رابطة أعلى) من رابطة باي – ولهذا السبب تكون الرابطة المزدقة أقوى من الرابطة الأحادية لكنها ليست ضعف قوتها. كما أن رابطة باي تُثبت الذرتين بحيث لا يمكنهما الدوران حول الرابطة؛ لذلك تمتلك الرابطة C=C المزدوجة أشكال cis و trans ثابتة – وهي متصاوغات هندسية لا يمكن أن تُظهرها رابطة أحادية تدور بحرية.

مثال محلول. عدد الروابط في الإيثيلين، $\text{H}_2\text{C}=\text{CH}_2$. الروابط الأربعة C–H هي روابط أحادية (سايجما واحدة لكل منها)؛ بينما R=C رابطة سايجما واحدة بالإضافة إلى رابطة باي واحدة. لذا يحتوي الإيثيلين على 5 رابطة سايجما و1 رابطة باي، وهذه الرابطة باي الوحيدة هي بالضبط ما يمنع طرفي $\text{CH}_2$ من الدوران بالنسبة لبعضهما البعض.

Explore · ⁨استكشف⁩

Predict molecular shape with VSEPR · ⁨تنبؤ بشكل الجزيئات باستخدام VSEPR⁩

VSEPR: electron pairs repel and spread as far apart as possible, setting the molecule's shape. Add bonding and lone pairs and watch the geometry change. · ⁨VSEPR: أزواج الإلكترونات تتنافر وتتباعد قدر الإمكان، مما يحدد شكل الجزيء. أضف أزواج الارتباط والأزواج الحرة وراقب تغير الهندسة.⁩

Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
VSEPR/ˈvespə/ VSEPR
Hybridization/ˌhaɪbrɪdaɪˈzeɪʃn/ الهجينة
sigma bond/ˈsɪɡmə bɒnd/ رابطة سيجما
pi bond/paɪ bɒnd/ رابطة باي
geometric isomers/ˌdʒiːəʊˈmetrɪk ˈaɪsəməz/ النظائر الهندسية
2.7

Exam tips · ⁨نصائح للامتحان⁩

English
  • Decide the bond type from the atoms: ionic (metal + non-metal, electron transfer), covalent (non-metals, sharing), metallic (sea of delocalised electrons).
  • An ionic solid conducts only when molten or dissolved (ions free to move), never as a solid.
  • Draw Lewis structures to satisfy the octet (H wants 2), then use VSEPR — electron pairs spread as far apart as possible — to predict the shape.
  • Lone pairs take up space and push bonds closer, bending the shape (water is bent, ammonia pyramidal).
  • A molecule can have polar bonds yet be non-polar overall if its symmetry makes the dipoles cancel ($\text{CO}_2$).
  • A single bond is 1 sigma bond; a double bond is 1 sigma + 1 pi, a triple bond 1 sigma + 2 pi. Sigma is stronger than pi, and a pi bond blocks rotation, giving cis/trans geometric isomers.
العربية
  • حدد نوع الرابطة بناءً على الذرات: أيونية (فلز + غير فلز، نقل إلكترون)، تساهمية (غير فلزات، مشاركة)، فلزية (بحر من الإلكترونات غير المحلية).
  • المادة الصلبة الأيونية توصل الكهرباء فقط عندما تكون مذابة أو منصهرة (أيونات حرة الحركة)، ولا توصل كصلبة.
  • ارسم هياكل لويس لتلبية قاعدة الثمانية (H يحتاج 2)، ثم استخدم VSEPR – حيث تتباعد أزواج الإلكترون لأبعد مسافة ممكنة – للتنبؤ بالشكل.
  • تأخذ الأزواج الحرة حيزاً وتدفع الروابط closer، مما يشوه الشكل (الماء منحني، والأمونيا هرمية).
  • قد يكون للجزيء روابط قطبية ولكنه غير قطبي كلياً إذا جعل تناظره الأقطاب تلغي بعضها ($\text{CO}_2$).
  • الرابطة الأحادية هي 1 سيجما؛ الرابطة المزدوجة هي سيجما 1 + باي 1، والرابطة الثلاثية سيجما 1 + باي 2. سيجما أقوى من باي، وتعمل رابطة باي كحاجز للدوران، مما يؤدي إلى ظهور متصاوغات هندسية cis/trans.

Interactive lessons on this topic · ⁨دروس تفاعلية حول هذا الموضوع⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨ا-working عليه خطوة بخطوة، مع تمارين تحقق فوري.⁩

Past Papers · ⁨أوراق الامتحانات السابقة⁩

More topics in AP Chemistry · ⁨AP الكيمياء⁩ · ⁨المزيد من المواضيع في AP Chemistry · ⁨AP الكيمياء⁩⁩

Log in or create account · ⁨تسجيل الدخول أو إنشاء حساب⁩

IGCSE, A-Level & AP