السلسال

في الكيمياء ، يُعرف التَقَطُّن بأنه ارتباط ذرات العنصر نفسه في سلسلة . ^{[ 1 ]} قد تكون السلسلة أو الحلقة مفتوحة إذا لم تكن نهاياتها مرتبطة ببعضها ( مركب ذو سلسلة مفتوحة )، أو مغلقة إذا كانت مرتبطة في حلقة ( مركب حلقي ). وتعكس كلمتا " التَقَطُّن" و "التَقَطُّن " الجذر اللاتيني " catena " الذي يعني "سلسلة".

تحدث عملية التشابك بسهولة مع الكربون ، الذي يُكوّن روابط تساهمية مع ذرات كربون أخرى لتشكيل سلاسل وبنى طويلة. وهذا هو سبب وجود عدد هائل من المركبات العضوية في الطبيعة. يُعرف الكربون بشكل خاص بخصائصه في التشابك، حيث يختص علم الكيمياء العضوية بدراسة بنى الكربون المتشابكة (المعروفة باسم "السلاسل " ). في الكيمياء الحيوية، تُدمج سلاسل الكربون عناصر أخرى متنوعة، مثل الهيدروجين والأكسجين والمعادن الحيوية ، مع هيكل الكربون.

ومع ذلك، فإن الكربون ليس بأي حال من الأحوال العنصر الوحيد القادر على تكوين مثل هذه السلاسل، والعديد من عناصر المجموعة الرئيسية الأخرى قادرة على تكوين مجموعة واسعة من السلاسل، بما في ذلك الهيدروجين والبورون والسيليكون والفوسفور والكبريت والهالوجينات .

تعتمد قدرة العنصر على تكوين سلاسل ذرية بشكل أساسي على طاقة الرابطة بين ذراته، والتي تتناقص مع ازدياد تداخل المدارات الأكثر انتشارًا (ذات العدد الكمي الذري الأعلى ) لتكوين الرابطة. ولذلك، فإن الكربون، الذي يمتلك أقل مدار تكافؤ انتشارًا في غلافه p، قادر على تكوين سلاسل ذرية أطول بروابط سيجما pp مقارنةً بالعناصر الأثقل التي ترتبط عبر مدارات تكافؤ أعلى. كما تتأثر قدرة تكوين السلاسل الذرية بمجموعة من العوامل الفراغية والإلكترونية، بما في ذلك السالبية الكهربية للعنصر، والمدار الجزيئي n، والقدرة على تكوين أنواع مختلفة من الروابط التساهمية. بالنسبة للكربون، يكون تداخل روابط سيجما بين الذرات المتجاورة قويًا بما يكفي لتكوين سلاسل مستقرة تمامًا. أما بالنسبة للعناصر الأخرى، فقد كان يُعتقد سابقًا أن هذا الأمر بالغ الصعوبة على الرغم من وجود أدلة كثيرة تُثبت عكس ذلك.

تتضمن نظريات بنية الماء شبكات ثلاثية الأبعاد من رباعيات الأوجه والسلاسل والحلقات، المرتبطة عبر الروابط الهيدروجينية . ^{[ 2 ]}

تم الإبلاغ عن شبكة متعددة السلاسل، تتكون من حلقات من أنصاف كرات معدنية مرتبطة بروابط هيدروجينية، في عام 2008. ^{[ 3 ]}

في الكيمياء العضوية ، من المعروف أن الروابط الهيدروجينية تُسهّل تكوين البنى السلسلية. على سبيل المثال، يُظهر الكافور ₍ C10H16O ₎ ^روابط هيدروجينية متسلسلة بين مجموعات الهيدروكسيل، مما يؤدي إلى تكوين سلاسل حلزونية؛ ^{[ 4 ]} ويتكون حمض الأيزوفثاليك _{البلوري} ( C8H6O4 ) _من جزيئات متصلة بروابط هيدروجينية ، مُشكّلةً سلاسل لا نهائية . ^[ ₅ ^]

في ظروف غير اعتيادية، يُتوقع أن تتحول سلسلة أحادية البعد من جزيئات الهيدروجين المحصورة داخل أنبوب نانوي كربوني أحادي الجدار إلى حالة معدنية عند ضغط منخفض نسبيًا يبلغ 163.5 جيجا باسكال. وهذا يُعادل حوالي 40% من الضغط الذي يُعتقد أنه ضروري لتحويل الهيدروجين العادي إلى حالة معدنية ، والذي يبلغ حوالي 400 جيجا باسكال، وهو ضغط يصعب الوصول إليه تجريبيًا. ^{[ 6 ]}

يمكن للسيليكون تكوين روابط سيجما مع ذرات سيليكون أخرى (ويُعدّ ثنائي السيلان المركب الأساسي لهذه الفئة من المركبات). مع ذلك، يصعب تحضير وعزل _{SinH2n +2} (المشابه للهيدروكربونات الألكانية المشبعة ) حيث n أكبر من 8 تقريبًا، نظرًا لانخفاض استقرارها الحراري مع ازدياد عدد ذرات السيليكون. تتحلل السيلانات ذات الوزن الجزيئي الأعلى من ثنائي السيلان إلى بوليمر هيدريد السيليكون والهيدروجين . ^{[ 7 ] [ 8 ]} ولكن بإضافة زوج مناسب من البدائل العضوية وغير العضوية بدلًا من الهيدروجين على كل ذرة سيليكون، يُمكن تحضير بوليسيلانات (تُسمى أحيانًا، خطأً، بوليسيلينات) تُشابه الألكانات . تتميز هذه المركبات طويلة السلسلة بخصائص إلكترونية مذهلة - كالتوصيل الكهربائي العالي ، على سبيل المثال - ناتجة عن عدم تمركز الإلكترونات في السلسلة عبر روابط سيجما. ^{[ 9 ]}

حتى روابط باي بين ذرات السيليكون ممكنة. مع ذلك، فإن هذه الروابط أقل استقرارًا من نظائرها الكربونية. يُعدّ ثنائي السيلان والسيلانات الأطول أكثر تفاعلية مقارنةً بالألكانات . أما ثنائي السيلين وثنائي السيلاينات فنادرة جدًا، على عكس الألكينات والألكاينات . وقد تم الإبلاغ عن أمثلة لثنائي السيلاينات ، التي كان يُعتقد لفترة طويلة أنها غير مستقرة لدرجة يصعب معها عزلها ^{[ 10 ]} ، في عام 2004. ^{[ 11 ]}

في أنيون دوديكابورات (12)، ترتبط اثنتا عشرة ذرة بورون بروابط تساهمية لتشكيل بنية عشرينية الوجوه. كما دُرست العديد من الأنماط المشابهة الأخرى دراسةً وافية، مثل البورانات والكاربورانات وثنائي كاربوليدات المعادن . ^{[ 12 ]}

يُعدّ النيتروجين ، على عكس الكربون المجاور له، أقلّ ميلاً لتكوين سلاسل مستقرة في درجة حرارة الغرفة. مع ذلك، توجد سلاسل نيتروجينية؛ على سبيل المثال، في النيتروجين الصلب، والتريازان ، وأنيون الأزيد ، والتريازولات . [ ^{13 ] [ 14 ] وقد} تمّ تصنيع سلاسل أطول تحتوي على ثماني ذرات نيتروجين أو أكثر، مثل 1،1'-أزوبيس-1،2،3-تريازول . تتمتّع هذه المركبات بإمكانية استخدامها كوسيلة ملائمة لتخزين كميات كبيرة من الطاقة. ^{[ 15 ]}

تم تحضير سلاسل الفوسفور (مع بدائل عضوية)، على الرغم من أنها تميل إلى أن تكون هشة للغاية. الحلقات أو التجمعات الصغيرة أكثر شيوعًا. ^{[ 16 ]}

يعود التنوع الكيميائي للكبريت العنصري إلى حد كبير إلى ظاهرة الترابط الحلقي. في حالته الطبيعية، يوجد الكبريت على شكل جزيئات S₈ . عند التسخين، تنفتح هذه الحلقات وترتبط معًا _، مما يؤدي إلى تكوين سلاسل متزايدة الطول، كما يتضح من الزيادة التدريجية في اللزوجة مع ازدياد طول السلاسل. كما تُعرف أيضًا متعددات كاتيونات الكبريت، ومتعددات أنيونات الكبريت ( متعددات الكبريتيد )، وأكاسيد الكبريت الأدنى . ^{[ 17 ]} علاوة على ذلك، يُظهر السيلينيوم والتيلوريوم أشكالًا مختلفة من هذه الأنماط التركيبية.

في السنوات الأخيرة، تم الإبلاغ عن مجموعة متنوعة من الروابط الثنائية والثلاثية بين العناصر شبه الفلزية، بما في ذلك السيليكون والجرمانيوم والزرنيخ والبزموت . وتُعد قدرة بعض عناصر المجموعة الرئيسية على تكوين سلاسل مترابطة موضوعًا لأبحاث البوليمرات غير العضوية .

باستثناء الفلور الذي لا يُكوّن إلا متعددات الفلوريد غير المستقرة ^{[ 18 ]} عند درجات حرارة منخفضة، تستطيع جميع الهالوجينات المستقرة الأخرى (الكلور، البروم، اليود) تكوين العديد من الأنيونات متعددة الهالوجينات المتساوية الاستقرار عند درجة حرارة الغرفة، وأبرزها ثلاثي اليوديد . في جميع هذه الأنيونات، ترتبط ذرات الهالوجين من نفس العنصر ببعضها البعض.

• سلسلة العمود الفقري
• بلمرة النمو المتسلسل
• الجزيئات الكبيرة
• العطرية
• أيونات متعددة الهالوجين
• متعدد الكبريتيدات
• الذرة الفائقة
• بوليمر غير عضوي
• التجميع الذاتي