و التهجين الكيميائي هو "مزيج" من المدارات الذرية، التي تم تقديمها من قبل الصيدلي لينوس بولينغ في عام 1931 لتغطية عيوب نظرية السندات التكافؤ (TEV) مفهوم. ما العيوب؟ هذه هي: الهندسة الجزيئية وأطوال الروابط المكافئة في جزيئات مثل الميثان (CH 4).
وفقًا لـ TEV ، في الميثان ، تشكل المدارات الذرية C أربع روابط σ مع أربع ذرات H. المدارات 2p ، ذات الأشكال (الصورة السفلية) من C متعامدة مع بعضها البعض ، لذلك يجب أن يكون H حوالي بضعة من الآخرين بزاوية 90 درجة.
بالإضافة إلى ذلك ، فإن المدار 2s (الكروي) لـ C يرتبط بمدار 1s لـ H بزاوية 135 درجة فيما يتعلق بالثلاثة H. الأخرى ، ومع ذلك ، فقد وجد تجريبياً أن الزوايا في CH 4 هي 109.5 درجة وأن ذلك علاوة على ذلك ، فإن أطوال روابط C - H متكافئة.
لشرح ذلك ، يجب اعتبار مزيج من المدارات الذرية الأصلية لتشكيل أربعة مدارات هجينة متدهورة (ذات طاقة متساوية). هنا يأتي دور التهجين الكيميائي. كيف تبدو المدارات الهجينة؟ يعتمد ذلك على المدارات الذرية التي تولدها. كما أنها تعرض مزيجًا من خصائصها الإلكترونية.
تهجين س
بالنسبة لحالة CH 4 ، يكون تهجين C هو sp 3. من هذا النهج ، يتم شرح الهندسة الجزيئية بأربعة مدارات sp 3 مفصولة عند 109.5 º وتشير نحو رؤوس رباعي السطوح.
في الصورة أعلاه ، يمكنك أن ترى كيف تنشئ المدارات sp 3 (الخضراء) بيئة إلكترونية رباعية السطوح حول الذرة (A ، وهي C لـ CH 4).
لماذا 109.5º وليس الزوايا الأخرى من أجل "رسم" هندسة مختلفة؟ والسبب هو أن هذه الزاوية تقلل التنافر الإلكتروني للذرات الأربع التي ترتبط بـ A.
وهكذا، فإن CH 4 جزيء يمكن أن تكون ممثلة على النحو رباعي الاسطح (الهندسة الجزيئية رباعي السطوح).
إذا ، بدلاً من H ، C شكلت روابط مع مجموعات أخرى من الذرات ، فماذا يكون تهجينهم؟ طالما أن الكربون يشكل أربع روابط (C - A) ، فسيكون تهجينها sp 3.
يمكن بالتالي افتراض أنه في المركبات العضوية الأخرى مثل CH 3 OH ، CCl 4 ، C (CH 3) 4 ، C 6 H 12 (سيكلوهكسان) ، إلخ ، يحتوي الكربون على تهجين sp 3.
هذا ضروري لرسم الهياكل العضوية ، حيث تمثل الكربون المستعبدين نقاط تباعد ؛ أي أن الهيكل لا يبقى في مستوى واحد.
ترجمة
ما هو أبسط تفسير لهذه المدارات الهجينة دون معالجة الجوانب الرياضية (الدوال الموجية)؟ تشير المدارات sp 3 إلى أنها نشأت من أربعة مدارات: واحد s وثلاثة p.
نظرًا لأن الجمع بين هذه المدارات الذرية يُفترض أنه مثالي ، فإن المدارات الأربعة الناتجة sp 3 متطابقة وتحتل اتجاهات مختلفة في الفضاء (مثل المدارات p x و p و p z).
ما سبق ينطبق على بقية التهجينات المحتملة: عدد المدارات الهجينة التي يتم تشكيلها هو نفس عدد المدارات الذرية التي يتم دمجها. على سبيل المثال ، تتشكل المدارات الهجينة sp 3 d 2 من ستة مدارات ذرية: واحدة s ، وثلاثة ص ، واثنان د.
انحرافات زاوية الرابطة
وفقًا لنظرية التنافر الإلكترونية بين شل فالنسيا (RPECV) ، يشغل زوج من الإلكترونات الحرة حجمًا أكبر من الذرة الملتصقة. يؤدي هذا إلى تحريك الروابط ، مما يقلل الجهد الإلكتروني وينحرف الزوايا من 109.5 درجة:
على سبيل المثال ، في جزيء الماء ، ترتبط ذرات H بمدارات sp 3 (باللون الأخضر) ، وكذلك أزواج الإلكترونات غير المشتركة ":" تحتل هذه المدارات.
عادةً ما يتم تمثيل تنافر هذه الأزواج من الإلكترونات على أنها "كرتان بعيون" ، والتي ، نظرًا لحجمها ، تتنافر مع سندات σ O - H.
وهكذا ، فإن زوايا الرابطة في الماء هي في الواقع 105 ، بدلاً من 109.5 المتوقعة للهندسة رباعية السطوح.
ما هي الهندسة إذن التي يمتلكها H 2 O؟ لها هندسة زاويّة. لماذا ا؟ لأنه على الرغم من أن الهندسة الإلكترونية هي رباعي السطوح ، إلا أن زوجين من الإلكترونات غير المشتركة يشوهونها إلى هندسة جزيئية زاويّة.
تهجين س
عندما تجمع الذرة بين مداريتين p و one s ، فإنها تولد ثلاثة مدارات هجينة sp 2 ؛ ومع ذلك ، يبقى المدار p واحدًا دون تغيير (لأن هناك ثلاثة منهم) ، والذي يتم تمثيله على شكل شريط برتقالي في الصورة العليا.
هنا ، كل المدارات الثلاثة sp 2 ملونة باللون الأخضر لإبراز اختلافها عن الشريط البرتقالي: المدار p "النقي".
يمكن تصور الذرة ذات التهجين sp 2 على أنها أرضية مثلثية مسطحة (المثلث مرسوم مع المدارات sp 2 باللون الأخضر) ، مع فصل رؤوسها بزوايا 120 درجة وعمودي على شريط.
وما هو الدور الذي يلعبه المدار p النقي؟ أن تكوين رابطة مزدوجة (=). تسمح المدارات sp 2 بتكوين ثلاث روابط ، في حين أن الرابطة المدارية p النقية واحدة (الرابطة المزدوجة أو الثلاثية تتضمن رابطة واحدة أو اثنتين).
على سبيل المثال ، لرسم مجموعة الكاربونيل وهيكل جزيء الفورمالديهايد (H 2 C = O) ، تابع كما يلي:
تشكل المدارات sp 2 لكل من C و O رابطة σ ، بينما تشكل مداراتها النقية رابطة π (المستطيل البرتقالي).
يمكن ملاحظة كيف توجد المجموعات الإلكترونية المتبقية (ذرات H وأزواج الإلكترونات غير المشتركة) في المدارات الأخرى sp 2 ، مفصولة بمقدار 120 درجة.
تهجين س
في الصورة العليا يتم توضيح ذرة A مع تهجين sp. هنا ، يتحد مدار واحد s ومداري p واحد لتشكيل مداري sp متدهور. ومع ذلك ، لا يزال مداري p صافين بدون تغيير ، مما يسمح لـ A بتكوين رابطتين مزدوجتين أو رابطة ثلاثية واحدة (≡).
بمعنى آخر: إذا كانت C في بنية تتوافق مع ما سبق (= C = أو C≡C) ، فإن تهجينها هو sp. بالنسبة للذرات الأخرى الأقل توضيحية - مثل المعادن الانتقالية - فإن وصف الهندسة الإلكترونية والجزيئية معقد لأن المدارات d ومن خلال f تعتبر أيضًا.
يتم فصل المدارات الهجينة بزاوية 180 درجة. لهذا السبب يتم ترتيب الذرات المترابطة في هندسة جزيئية خطية (BAB). أخيرًا ، في الصورة أدناه ، يمكن رؤية هيكل أنيون السيانيد:
المراجع
- سفين. (3 يونيو 2006). Sp- المدارات.. تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 من: commons.wikimedia.org
- ريتشارد سي بانكس. (مايو 2002). الترابط والتهجين. تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 من: chemistry.boisestate.edu
- جوامع. (2018). اختصار تهجين. تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 من: masterorganicchemistry.com
- دكتور ايان هانت. قسم الكيمياء ، جامعة كالجاري. تهجين sp3. تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 من: chem.ucalgary.ca
- الترابط الكيميائي الثاني: الهندسة الجزيئية وتهجين المدارات الذرية الفصل العاشر.. تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 من: wou.edu
- Quimitube. (2015). الترابط التساهمي: مقدمة في التهجين المداري الذري. تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 ، من: quimitube.com
- رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. (الطبعة الرابعة ، ص 51). ماك جراو هيل.