ماهو التهجين في الكيمياء
يعرف التهجين بأنه عملية خلط بين ذرات متحركة في مستويات الطاقة المتساوية لإنتاج نوع جديد من المدارات المتدهورة. تعتمد هذه العملية على ميكانيكا الكم، حيث يمكن للمدارات الذرية في نفس مستوى الطاقة أن تشارك في عملية التهجين فقط، ويمكن أيضا أن تشارك المدارات الكاملة المشبعة والمدارات النصف مشبعة في هذه العملية، بشرط أن تكون لديها طاقة متساوية
خلال عملية التهجين، يتم مزج المدارات الذرية ذات الطاقة المتشابهة معًا، مثل مزج مدارين “s” أو مزج مدارين “p” أو مزج مدار “s” مع مدار “p”، أو مزج مدار “s” مع مدار.
أنواع التهجين مع الأمثلة
يمكن تصنيف التهجين بناءً على أنواع المدارات المشاركة في الخلط إلى sp3 وsp2 وsp وsp3d وsp3d2 وsp3d3، وسوف نناقش الأنواع المختلفة من التهجين، إلى جانب الأمثلة التوضيحية
التهجين sp
يتم ملاحظة تهجين sp عندما يكون مدار واحدs ومدار p في نفس الغلاف الرئيسي لمزيج ذرة، مكوّنين مداريتين جديدتين مكافئتين تسمى المدارات المهجنة sp، وتشكل جزيئات خطية بزاوية 180 درجة.
يتضمن هذا النوع من التهجين خلط مدار مدارين واحدٍ ومدارٍ `p` واحدٍ من الطاقة المتساوية لينتج مدارًا هجينًا جديدًا يُعرف باسم مدار sp المهجَّن، ويُطلق على هذا النوع من التهجين أيضًا تهجين القطري.
يحتوي كل مدار مهجن SP على عدد متساوٍ من الحروف S و P، أي 50٪ لكل منهما.
أمثلة على التهجين sp
- جميع مركبات البريليوم مثل BEF2 وBeH2 وBeCl2.
- جميع المركبات المتضمنة للرابطات الثلاثية التي تحتوي على الكربون مثل C2H2.
التهجين sp 2
يتم ملاحظة تهجين sp2 عندما تتكون ثلاث مدارات مكافئة جديدة باختلاط مدار واحد s واثنين من المدارات p من نفس الغلاف الإلكتروني لذرة ما، وتسمى هذه المدارات الجديدة المتكونة مدارات هجينة sp2
يُسمى الجسر hy 2 أيضًا التهجين الثلاثي الزوايا، وهو تهجين يشمل خلط مدارٍ واحد ومدارين من فئة p وذات طاقة متساوية لإنشاء مدار هجين جديد يُعرف باسم sp 2 .
يتكون خليط من عناصر المداري s و p في تناظر ثلاثي الزوايا ويتم الحفاظ عليه عند 120 درجة .
تبقى جميع المدارات الهجينة الثلاثة في المستوى نفسه وتشكل زاوية 120 درجة مع بعضها البعض، حيث تتكون كل من المدارات الهجينة من 33.33٪ من الحرف “s” و 66.66٪ من الحرف.
والجزيئات التي ترتبط بذرة المركزية إلى 3 ذرات وهي SP2 تهجين لها، أي ذو الشكل الثلاثي الأبعاد.
مثال التهجين sp 2
- جميع مركبات البورون مثل BF3، BH3
- تحتوي جميع المركبات التي تحتوي على رابطة كربون-كربون مزدوجة على الكربون، مثل الإيثيلين (C2H4).
التهجين sp 3 d
يتضمن تهجين sp3d خلط المدارات 3p والمدارات 1d لتشكيل 5 مدارات مهجنة sp3d ذات طاقة متساوية، ولها هندسة مثلثية ثنائية الهرم.
يشكل خليط المدارات s و p و d تناظر ثلاثي الزوايا ثنائي الهرمي.
توجد ثلاث مدارات هجينة في المستوى الأفقي المائل بزاوية 120 درجة لبعضها البعض وتسمى المدارات الاستوائية.
يقع المداران المتبقيان في المستوى الرأسي عند مستوى 90 درجة من المدارات الاستوائية المعروفة باسم المدارات المحورية.
مثال على التهجين sp 3 d
- التهجين في خماسي كلوريد الفوسفور (PCl5)
تهجين Sp3d2
يحتوي تهجين Sp3d2 على مدارات 1s و 3p و 2d، والتي تخضع للاختلاط لتشكيل 6 مدارات هجينة متطابقة Sp3d2، حيث توجه هذه المدارات الستة نحو زوايا المجسم الثماني، وتميل بزاوية 90 درجة لبعضها البعض.
معلومات أساسية عن التهجين في الكيمياء
- المدارات الذرية التي تحمل طاقات متساوية تخضع للتهجين.
- عدد المدارات الهجينة المتشكلة يساوي عدد الاختلاطات الذرية.
- لا يتعين عليك مشاركة جميع المدارات نصف الممتلئة في عملية التهجين، حيث يمكن للمدارات الممتلئة بالكامل ولكن بطاقات طاقة مختلفة بشكل طفيف أن تشارك أيضًا.
- يحدث التهجين فقط خلال تشكيل الروابط الكيميائية، وليس في جزيء غازي منفرد.
- يمكن توقع شكل الجزيء بناءً على المعرفة المسبقة بتهجين الجزيء.
- عادةً ما يكون للفص الأكبر في المدار الهجين علامة موجبة، بينما يحتوي الفص الأصغر على الجانب الآخر على علامة سلبية.
شرح الأشكال الأساسية للتهجين
- الخطي: هناك مجموعتان إلكترونيتان مرتبطتان في تهجين sp، والزاوية بين المدارات هي 180 درجة.
- مستو ثلاثي: عندما تكون ثلاث مجموعات إلكترونية متورطة، يتم تكوين تهجين sp2، وتكون زاوية الاتصال بين المدارات 120 درجة.
- رباعي السطوح: أربع مجموعات إلكترونية مشاركة تؤدي إلى تهجين sp3، والزاوية بين المدارات هي 109.5 درجة.
- مثلث ثنائي: خمس مجموعات إلكترونية مشاركة تؤدي إلى تشكيل تهجين sp3d، وزاوية الترابط بين المدارات تكون 90 درجة أو 120 درجة.
- ثماني السطوح: ست مجموعات إلكترونية متورطة تؤدي إلى تهجين sp3d2، وزاوية بين المدارات هي 90 درجة.
أسئلة عن التهجين في الكيمياء
من بين sp و sp2 و sp3 ، أي مدار هجين أكثر كهرسلبية؟
نسبة الحرف s في الكربون المهجن sp و sp2 و sp3 هي 50٪ و 33.33٪ و 25٪ على التوالي.
نظرًا لشكل المدار S الكروي، يتم جذب النواة بالتساوي من جميع الاتجاهات، لذلك سيكون المدار الهجين ذو الحرف S أقرب إلى النواة وبالتالي يكون أكثر كهرسلبية، ومن ثم فإن الكربون المهجن sp يكون أكثر كهرسلبية من sp2 و sp3.
لماذا يُعتبر المدار الهجين أفضل أثناء التهجين من الذرات الأم؟
السبب الذي يجعل المدار الهجين أفضل من والديهم أن:
- الوالدين: لأنها اتجاهية على عكس المدار s.
- الأصل p: بسبب احتوائه على طاقة أقل من المدار البيضاوي.
ما هي المدارات الهجينة؟
تعرف المدارات الهجينة كمزيج من المدارات الذرية القياسية، مما يؤدي إلى تكوين مدارات جديدة للذرات.
خلال عملية التهجين، تكون للمدارات الهجينة هندسة مختلفة للترتيب المداري والطاقات مقارنة بالمدارات الذرية القياسية، ويقلل التداخل المداري من طاقة الجزيء. وتتكون المدارات الهجينة المتدهورة من المدارات الذرية القياسية
- 1s و 1 p: sp المدارات
- 1s و 2 p: sp2 المدارات
- 1s و 3p: sp3 المدارات
- 1s و 3p و 1d: sp3d المدارات
- 1s و 3 p و 2d: sp3d2 المدارات
ما هي الاختلافات بين التهجين sp و sp2 و sp3
يحدث تداخل الهجين sp نتيجة خلط مدارين ذريين واحد s وواحد p، بينما يحدث تداخل الهجين sp2 نتيجة خلط مدارين ذريين واحد s واثنين p، ويحدث تداخل الهجين sp3 نتيجة خلط مدارات ذرية واحدة s وثلاثة p.
اشرح sp3 التهجين في الميثان؟
يتم تحويل مدار الإلكترون 2s وكل من مدارات الإلكترون 3p في الكربون إلى أربع مدارات جديدة من نوع sp3، وتترابط هذه المدارات الجديدة بأربعة ذرات هيدروجين بفضل تداخل المدارات sp3-s، مما يؤدي إلى تكون CH4 (الميثان)، ويتم تحديد الهندسة المدارية الرباعية السطحية بسبب تنافر الإلكترونات الداخلية.
لماذا يبدو جزيء الأميد sp3 مهجنا ولكنه sp2
سيتغير عملية التهجين العامة إذا كانت الذرة مشتملة على مدارات p أو أكثر، أو إذا كان لديها زوج واحد فقط يمكنه القفز إلى مدار p. ولذلك، في حالة الأميد، يتحرك الزوج الواحد إلى المدار ap للحصول على ثلاثة مدارات p متوازية متجاورة (اقتران).
ما هي النتائج المترتبة على تهجين sp و sp2 و sp3؟
ينتج تهجين Sp و Sp2 عن مداري p غير مهجنين وواحد على التوالي، بينما في تهجين sp3 لا يوجد ذلك.
اشرح الفرق بين المدارات الجزيئية والمختلطة؟
تؤدي التفاعلات بين المدارات الذرية لذرتين مختلفتين إلى مدارات جزيئية.
بينما عندما تتفاعل المدارات الذرية لنفس الذرة فإنها تشكل مدارات هجينة.