تهجين الافلاك الذرية Hybridization of Atomic Orbitals
- 1- التهجين من نوع sp
- 2- التهجين من النوع sp2
- 3- التهجين من النوع sp3
- 4- التهجين من النوع sp3d
التهجين هو عملية خلط أو مزج لفلكين(طبقتين) ذريتين على الأقل مثل
s و p في الذرة المركزية للمركب لتكوين أفلاك جديدة تسمى بالافلاك المهجنة التي تستخدم في تكوين الروابط المشتركة .
ولكي نحصل على الأفلاك المهجنة ينبغي أن نلاحظ عدة نقاط منها :
- ينشأ عن التهجين تشكل جزيئات في وضع طاقي أقل ( أكثر استقراراً) ولذا تبتعد الذرات عن بعضها لتقليل التنافر الكهراكدي .
- عدد الافلاك الناتجة عن عملية التهجين يساوي عدد الأفلاك الذرية المشاركة في العملية .
- تتكافأ الأفلاك المهجنة في كل شيء عدا التوجيه في الفراغ orientation in space .
- يختلف شكل الفلك الهجين عن شكل الفلك الذري .
- تنشأ الروابط المشتركة من تداخل فلكين ذريين أو فلك ذري مع فلك هجين .
- تحتاج عملية التهجين إلى قدر معين من الطاقة والسبب في ذلك أن الجملة تستعيد طاقة أكثر عند تكوين الرابطة .
بعض أنواع تهجين الأفلاك الذرية
1- التهجين من نوع sp
ينتج عن اندماج فلك من نوع s مع فلك من نوع p في الذرة ذاتها وتشكيل فلكين هجينين متكافئين من النمط sp الزاوية بينهما 180 درجة .
مثال : هيدريد البريليوم BeH2
- نكتب التشكيل الإلكتروني للإلكترونات طبقة التكافؤ بطريقة مخططات الفلك لذرة البريليوم Be
- من الواضح أن ذرة البريليوم Be لن تشكل رابطة مشتركة مع الهيدروجين مادامت في وضع الحالة الأساسية ground state المتمثل بوجود الإلكترونين في المدار 2s، لذا ينتقل احد إلكترونات المدار 2s إلى المدار 2p ويصبح التشكيل الإلكتروني للذرة هو :
- ينتقل احد الالكترونات من s إلى p فيصبح هناك إلكترونا تكافؤ يشغلان الفلكين s و p ويتكون نتيجة لذلك تهجين لهذين الفلكين فيتكون فلكان هجينان هما sp
- يمكن أن تنشأ الرابطة المشتركة بين ذرة البريليوم وذرتي الهيدروجين من تداخل الفلكين الهجينين sp للبريليوم والفلكان 1s لذرتي الهيدروجين وينبغي الإشارة إلى أن الرابطتين متماثلتان وليستا متكافئتين، لأن إلكتروني الربط في البريليوم أتيا من فلكين مختلفين ومع هذا لايمكن التمييز بين الرابطتين .
تساوي زاوية الربط في جزيء (BeH2)
180 درجة وعليه يكون شكل الجزيء خطياً
2- التهجين من النوع sp2
ينتج التهجين sp2 عن اندماج فلك من النوع s مع فلكين من النوع p في ذات الذرة وتشكيل ثلاثة أفلاك هجينة متكافئة من النمط sp2 تقع في المستوي والزوايا بينها 120 درجة
مثال : فلوريد البورون BF3
- نكتب التشكيل الإلكتروني للإلكترونات طبقة التكافؤ بذرة البورون في الحالة الأساسية :
- أما في الحالة المثارة يكون التشكيل الإلكتروني بعد إنتقال احد إلكتروني الطبقة 2s إلى 2p :
- الآن يتيسر تشكل الأفلاك الهجينة الثلاثة من النوع sp2 بخلط الفلك 2s مع الفلكين 2p على النحو التالي :
- تقع الأفلاك الهجينة sp2 في مستوى واحد plane والزاوية بين أي فلكين هجينين تساوي 120 درجة، أما الرابطة المشتركة B-F فتنشأ من تداخل فلك sp2 الهجين مع الفلك 2p لذرة الفلور
3- التهجين من نوع sp3
ينتج التهجين sp3 من اندماج فلك من النوع s مع ثلاثة أفلاك من النوع p في الذرة ذاتها وتشكل اربع افلاك هجينة من النمط sp3 تتوجه فراغياً نحو رؤوس رباعي وجوه منتظم والزاوية بين الروابط 109.5 درجة
هناك مجموعة من الجزيئات التي تحتوي على ذرة مركزية ذات تهجين من النوع sp3 ومن هذه الجزيئات :
جزيء الميتان CH4:
- التشكيل الالكتروني لالكترونات التكافؤ للذرة المركزية C6 في الحالة الأساسية
- ينتقل احد الكتروني الفلك 2s إلى الفلك 2p فنحصل في الحالة المثارة على التشكيل الالكتروني التالي:
- بعد هذا تتكون الافلاك الهجينة الاربعة sp3 بخلط الفلك 2s مع افلاك 2p الثلاثة لنفس الذرة
- تتوجه هذه الافلاك الهجينة في الفراغ نحو رؤوس رباعي الوجوه tetrahedron وتكون الزاوية بين كل فلكين مساوية 109.5 درجة
جزيء النشادر NH3
- تتكون الافلاك الهجينة الاربعة في ذرة الآزوت من النوع sp3
- تستخدم ثلاثة من الافلاك الهجينة لتكوين الرابطة N-H أما الفلك الرابع فيشغل بزوج من الالكترونات
lone pair الحرة على ذرة الآزوت، والتنافر بين هذه الالكترونات والكترونات فلك الربط يقلل زاوية الربط H-N-H من 109.5 درجة
إلى107.3 درجة فيصبح الشكل هرمياً بما يتفق ونظرية التنافر.
4- التهجين من النوع sp3d
يحصل التهجين من هذا النوع في الجزيئات التي تحيط بذرتها المركزية خمس مجموعات حرة من الالكترونات مثل SF4 و PCl5 ولتصور كيفية حدوث هذا التهجين في جزيء PCl5 مثلاً نتبع الخطوات السابقة :
- ذرة الفوسفور المركزية في الحالة الأساسية تكون على الشكل التالي :
- ينتقل احد إلكترونات الطبقة 3s إلى الطبقة 3d فنحصل على التشكيل الالكتروني لذرة الفوسفور في الحالة المثارة :
- يحصل التهجين من النوع sp3d:
- يوجد خمسة افلاك نصف ممتلئة بالالكترونات يمكن أن تشغل بالالكترونات الخمسة التي تساهم بها ذرات الكلور الخمس لتكوين الروابط المشتركة بين ذرتي الفوسفور والكلور:
- تتوجه هذه الافلاك الهجينة الخمسة نحو رؤوس هرم مثلثي مضاعف triagonal bipyramiol
وفيما يلي نرفق هذا الجدول الذي يوضح اشكال افلاك التهجين:
