البورون والتجمعات ناقصة الإلكترونات

يشكل البورون عائلة رائعة من هيدريدات وتجمعات ناقصة الإلكترونات، حيث يوحّد الترابط ثلاثي المراكز والأشكال متعددة السطوح قواعد عد أزواج الإلكترونات الهيكلية.

Definition

التجمعات ناقصة الإلكترونات هي أنواع، تمثلها البورانات، حيث يوجد عدد قليل جداً من إلكترونات التكافؤ لتكوين روابط تقليدية ثنائية المركز ثنائية الإلكترون، لذا تشارك الذرات الإلكترونات عبر روابط متعددة المراكز لتشكيل هياكل قفصية متعددة السطوح.

Scope

يغطي هذا الموضوع كيمياء التجمعات ناقصة الإلكترونات في المجموعة الرئيسية: هيدريدات البورون (البورانات) وترابطها ثلاثي المراكز ثنائي الإلكترونات، والعائلات الهيكلية closo و nido و arachno، والكاربورانات والميتالابورانات، وقواعد ويد-مينغوس لأزواج الإلكترونات الهيكلية متعددة السطوح التي تتنبأ بأشكالها من عدد الإلكترونات. ويركز على ترابط وبنية التجمعات بدلاً من الكيمياء الوصفية العامة لعناصر الفئة p.

Core questions

• كيف يمكن للبورانات أن تكون مستقرة على الرغم من امتلاكها عددًا قليلاً جدًا من الإلكترونات للروابط الكلاسيكية؟
• ما هي الرابطة ثلاثية المراكز ثنائية الإلكترون؟
• كيف تتنبأ قواعد ويد بالأشكال الهندسية closo و nido و arachno؟
• كيف توسع الكاربورانات والميتالابورانات عائلات البورانات الهيكلية؟

Key concepts

• هيدريدات البورون (البورانات)
• روابط ثلاثية المراكز ثنائية الإلكترون
• تجمعات closo و nido و arachno
• قواعد ويد
• الكاربورانات
• الميتالابورانات

Key theories

الترابط ثلاثي المراكز ثنائي الإلكترون

أظهر ليبسكومب أن البورانات تستخدم روابط تشارك فيها زوج إلكتروني واحد بين ثلاث ذرات، مما يسمح للجزيئات ناقصة الإلكترونات بالتماسك دون وجود ما يكفي من الإلكترونات للروابط العادية ثنائية المركز.

قواعد ويد-مينغوس لأزواج الإلكترونات الهيكلية

يُتنبأ بعدد أزواج الإلكترونات الرابطة الهيكلية ما إذا كان التجمع يتخذ شكلًا هندسيًا closo أو nido أو arachno مشتقًا من متعدد سطوح أصلي، مما يوحد البورانات والكاربورانات والعديد من التجمعات المعدنية.

الكاربورانات والتوسع المتشابه (isolobal extension)

يؤدي استبدال رؤوس البوران بالكربون أو بشظايا معدنية متشابهة (isolobal) إلى تكوين كاربورانات وميتالابورانات تتبع نفس قواعد عد الإلكترونات، مما يوضح عمومية ترابط التجمعات.

Clinical relevance

تُعد تجمعات البورون أساسًا للعلاج بالتقاط النيوترونات البورونية للسرطان، وتُستخدم كأنيونات وروابط ضعيفة التناسق في التحفيز، وتوفر نماذج للترابط ناقص الإلكترونات في الكيمياء.

History

أعد ألفريد ستوك ووصّف البورانات لأول مرة في أوائل القرن العشرين، وقد حُلّ لغز نقص الإلكترونات المحيّر فيها بتحليل ليبسكومب للترابط ثلاثي المراكز، الذي حاز على جائزة نوبل عام 1976. ثم قدمت قواعد ويد لعد الإلكترونات عام 1971، والتي عممها مينغوس، إطارًا موحدًا لهياكل التجمعات.

Key figures

• Alfred Stock
• William Lipscomb
• Kenneth Wade
• Michael Mingos

Seminal works

• wade1971
• lipscomb1963
• greenwood1997

Frequently asked questions

ماذا يعني أن يكون الجزيء ناقص الإلكترونات؟

الجزيء ناقص الإلكترونات لديه عدد أقل من إلكترونات التكافؤ اللازمة لتكوين الروابط الثنائية الإلكترون المعتادة بين كل زوج من الذرات المترابطة، لذلك يجب أن يوزع الإلكترونات على روابط متعددة المراكز، كما تفعل البورانات مع الروابط ثلاثية المراكز ثنائية الإلكترون.

كيف تتنبأ قواعد ويد بشكل التجمع؟

من خلال عد أزواج الإلكترونات الرابطة الهيكلية ومقارنة هذا العدد بعدد الرؤوس، تشير القواعد إلى ما إذا كان التجمع متعدد سطوح كامل (closo) أو ينقصه رأس واحد (nido) أو رأسان (arachno)، مما يحدد شكله الهندسي.