يتضمن تهجين الكربون الجمع بين اثنين من المدارات الذرية النقية لتشكيل "هجين" مداري جزيئي جديد بخصائصه الخاصة. تعطي فكرة المدار الذري تفسيراً أفضل من المفهوم السابق للمدار ، لتأسيس تقدير تقريبي للمكان الذي يوجد فيه احتمال أكبر لإيجاد إلكترون داخل الذرة.

بمعنى آخر ، المدار الذري هو تمثيل لميكانيكا الكم لإعطاء فكرة عن موضع إلكترون أو زوج من الإلكترونات في منطقة معينة داخل الذرة ، حيث يتم تحديد كل مدار وفقًا لقيم أرقامه. الكم.

تصف الأرقام الكمية حالة النظام (مثل حالة الإلكترون داخل الذرة) في لحظة معينة ، من خلال الطاقة التي تنتمي إلى الإلكترون (n) ، والزخم الزاوي الذي يصفه في حركته (l) ، والعزم المغناطيسي ذي الصلة (م) ودوران الإلكترون أثناء انتقاله داخل الذرة (الذرات).

هذه المعلمات فريدة لكل إلكترون في مدار ، لذلك لا يمكن أن يكون لإلكترونين نفس القيم بالضبط للأرقام الكمومية الأربعة ويمكن أن يشغل كل مدار إلكترونين على الأكثر.

ما هو تهجين الكربون؟

لوصف تهجين الكربون ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن خصائص كل مدار (شكله ، طاقته ، حجمه ، إلخ) تعتمد على التكوين الإلكتروني لكل ذرة.

أي أن خصائص كل مدار تعتمد على ترتيب الإلكترونات في كل "غلاف" أو مستوى: من الأقرب إلى النواة إلى الأبعد ، المعروف أيضًا باسم غلاف التكافؤ.

الإلكترونات الموجودة في المستوى الخارجي هي الوحيدة المتاحة لتكوين رابطة. لذلك ، عندما تتشكل رابطة كيميائية بين ذرتين ، يتم إنشاء التداخل أو التراكب لمدارين (واحد من كل ذرة) وهذا يرتبط ارتباطًا وثيقًا بهندسة الجزيئات.

كما ذكرنا سابقًا ، يمكن ملء كل مدار بإلكترونين كحد أقصى ولكن يجب اتباع مبدأ Aufbau ، والذي يتم من خلاله ملء المدارات وفقًا لمستوى طاقتها (من الأصغر إلى الأكبر) ، كما هو موضح يظهر أدناه:

بهذه الطريقة ، يتم ملء المستوى 1 s أولاً ، ثم 2 s ، متبوعًا بـ 2 p وهكذا ، اعتمادًا على عدد الإلكترونات الموجودة في الذرة أو الأيون.

وبالتالي ، فإن التهجين هو ظاهرة تتوافق مع الجزيئات ، حيث يمكن لكل ذرة أن تساهم فقط في مدارات ذرية نقية (s ، p ، d ، f) ، وبسبب الجمع بين اثنين أو أكثر من المدارات الذرية ، نفس المقدار من مدارات هجينة تسمح بالروابط بين العناصر.

أنواع رئيسية

المدارات الذرية لها أشكال وتوجهات مكانية مختلفة ، ويزداد تعقيدها كما هو موضح أدناه:

ويلاحظ أن هناك نوعًا واحدًا فقط من المدار s (الشكل الكروي) ، وثلاثة أنواع من المدار p (الشكل الفصيصي ، حيث يتم توجيه كل فص على محور مكاني) ، وخمسة أنواع من المدار d وسبعة أنواع من المدار f ، حيث يكون كل نوع من المدار يمتلك نفس الطاقة تمامًا مثل تلك من نوعه.

تحتوي ذرة الكربون في حالتها الأرضية على ستة إلكترونات ، تكوينها هو 1 ثانية ² 2 ثانية ² 2 ص ^2. أي أنها يجب أن تشغل المستوى 1 ثانية (إلكترونان) ، 2 ثانية (إلكترونان) وجزئيًا 2 ص (الإلكترونان المتبقيان) وفقًا لمبدأ Aufbau.

هذا يعني أن ذرة الكربون تحتوي فقط على إلكترونين غير مزدوجين في المدار 2 p ، ولكن لا يمكن بالتالي تفسير تكوين أو هندسة جزيء الميثان (CH ₄) أو جزيئات أخرى أكثر تعقيدًا.

لذلك ، لتكوين هذه الروابط ، يلزم تهجين المدارات s و p (في حالة الكربون) ، لتوليد مدارات هجينة جديدة تشرح حتى الروابط المزدوجة والثلاثية ، حيث تكتسب الإلكترونات التكوين الأكثر استقرارًا لتشكيل الجزيئات..

تهجين س

يتكون التهجين sp ³ من تكوين أربعة مدارات "هجينة" من المدارات النقية 2s و 2p _x و 2p _y و 2p _z.

وبالتالي ، هناك إعادة ترتيب للإلكترونات عند المستوى 2 ، حيث توجد أربعة إلكترونات متاحة لتكوين أربع روابط ويتم ترتيبها بالتوازي للحصول على طاقة أقل (استقرار أكبر).

مثال على ذلك جزيء الإيثيلين (C ₂ H ₄) ، الذي تشكل روابطه زوايا 120 درجة بين الذرات ويعطيها هندسة مثلثية مستوية.

في هذه الحالة ، يتم إنشاء روابط أحادية CH و CC (بسبب المدارات sp ²) ورابطة CC مزدوجة (بسبب المدار p) لتشكيل الجزيء الأكثر استقرارًا.

تهجين س

من خلال تهجين sp ² ، يتم إنشاء ثلاثة مدارات "هجينة" من مدار 2s نقي وثلاثة مدارات نقية 2p. علاوة على ذلك ، يتم الحصول على مدار p نقي يشارك في تكوين رابطة مزدوجة (تسمى pi: "π").

مثال على ذلك جزيء الإيثيلين (C ₂ H ₄) ، الذي تشكل روابطه زوايا 120 درجة بين الذرات ويعطيها هندسة مثلثية مستوية. في هذه الحالة ، يتم إنشاء روابط أحادية CH و CC (بسبب المدارات sp ²) ورابطة CC مزدوجة (بسبب المدار p) لتشكيل الجزيء الأكثر استقرارًا.