الكيمياء اللاعضوية

 التهجين في ذرة الكربون

في هذا الموضوع سوف تتعّرف على طبيعة الرابطة التساهمية في المركبات العضوية فمثلاً جزيء الميثان (CH4)
يتكون من ذرة كربون مرتبطة بأربع ذرات هيدروجين من خلال أربعة روابط تساهمية أحادية
(bond covalent Single)
كما في المعادلة الآتية :

تهجين ذرة الكربون من نوع SP3:
إذا قسنا طول وطاقة كل رابطة من الروابط التساهمية الأربعة في جزيء الميثان - المرسوم أعلاه- نجد أن جميع
الروابط الأربعة لها نفس الطول ونفس الطاقة
والسؤال الذي يفرض نفسه هو كيف لذرة الكربون تكوين أربعة روابط تساهمية بنفس الطول والطاقة بينما الإلكترونات الأربعة في المستوى الأخير المستخدمة في تكوين هذه الروابط هي من مستويات مختلفة في الطاقة، وهي الكترونين في المستوى 2s وهو في مستوى طاقة أقل ، وإلكترونين في المستوى 2p وهو
في مستوى طاقة أكبر؟
وإجابة هذا السؤال هي كالتالي:
أن ذرة الكربون وقبل الإتحاد مع ذرات الهيدروجين الأربعة تدخل في عملية تهجين بحيث إن الأفلاك الأربعة : (فلك s وأفالك p الثالثة) تتحد فيما بينها لتكوين أفلاك جديدة ذات مستويات طاقة متساوية وبالتالي تستطيع ذّرة الكربون ذات الأفلاك الجديدة المهّجنة أن تكّون روابط مع ذرات الهيدروجين ذات طول واحد وطاقة متساوية
.
وتدعى أفالك
SP3
(SP3- orbitals)
وتتم عملية التهجين على مرحلتين:
المرحلة الأولى : ينتقل إلكترون من المستوى 2s إلى المستوى 2p ليشغل الفلك الثالث، وبهذا تتحول ذرة الكربون من حالة إستقرار إلى حالة تهيج.
المرحلة الثانية: تختلط الأفلاك الأربعة لتكوين الأفلاك المهّجنة الجديدة كما في الشكل التالي :


إن الأفلاك المهّجنة الجديدة لها أشكال مختلفة عن الأفلاك التي تكّونت منها قبل عملية التهجين ، كما في الشكل التالي:

وبسبب التنافر الحاصل بين الإلكترونات السالبة الشحنة في الأفلاك الهجينة فإن هذه الأفلاك تبتعد عن بعضها البعض وتتوزع على شكل رباعي ثالثي الأبعاد (structure tetrahedral)
بأكبر زاوية ممكنة وهي 5.109
في حالة الألكانات وبعد أن تتم عملية التهجين ترتبط ذرة الكربون مع أربع ذرات هيدروجين لتكوين جزيء الميثان ، كما في الشكل التالي:




وفي جزيء الإيثان(CH3CH3) نجد أن كل ذرة كربون ترتبط بثالث ذرات هيدروجين وذرة كربون واحدة ، وبالتالي فإن كل ذرة كربون تحتاج إلى أربعة أفلاك من SP3 لتكوين الروابط الأربعة وتسّمى الرابطة المتكونة بين ذرتي الكربون
رابطة تساهمية من نوع سيجما (Sigma )
ويشار إليها بالرمز (σ )كما في الشكل التالي:



2 - تهجين ذرة الكربون من نوع SP2
إذا ساهمت كل ذرة كربون بإلكترونين اثنين تسمى الرابطة الناشئة رابطة تساهمية ثنائية أو مزدوجة (Double .covalent bond)

في الرابطة المزدوجة كل ذرة كربون محاطة بثالث ذرات وبالتالي فهي بحاجة إلى ثلاثة أفلاك مهجنة متساوية الطاقة والشكل
وللوصول لهذه النتيجة فإن ذرة الكربون وقبل الإتحاد مع ذرات الهيدروجين يندمج فلك 2s مع فلكين فقط من أفلاك 2P الثلاثة لينتج من عملية التهجين هذه ثلاثة أفلاك جديدة تسمى أفلاك SP2
(SP2- orbitals)
ويبقى هناك فلك واحد من نوع
p خارج نطاق عملية التهجين ، كما في الشكل التالي:




كما تلاحظ أن مستوى طاقة أفلاك SP2
الجديدة أقل من مستوى طاقة الفلك 2p المتبقي ولكنه أكبر من مستوى طاقة الفلك s
وذلك لأن افلاك SP2
بها خواص الفلك s الذي هو أقرب من النواة وذو طاقة أقل من أفلاك p
أما شكل الأفلاك الهجينة الثالثة والفلك p المتبقي فهو موضح في الرسم التالي:

تلاحظ أن الأفلاك الهجينة SP2 تترتب على شكل
ّمثلث سطحي وتبلغ الزاوية بين كل مدارين °120
ويكون الفلك p المتبقي بشكل رأسي يتقاطع مع المثلث السطحي بزاوية مقدارها °90.
وعند اقتراب ذرتي كربون هجينتين بأفلاك SP2
يتكّون نوعان من الروابط التساهمية بينهما وهما:
1 -رابطة تساهمية من نوع سيجما (σ )تتّكون من ارتباط فلكين SP2
بطريقة رأس لرأس.
2 -رابطة تساهمية من نوع باي (π ) تتكّون من ارتباط فلكين من نوع p بطريقة جانب لجانب.



وهكذا فإن الرابطة المزدوجة (الثنائية)تتكّون من وجود هاتين الرابطتين (سيجما و باي) بين ذرتي كربون ويصبح جزيء الألكين بشكل عام على هيئة مسطّح (planar)
الموضوع بقلم : May CheMical



يرجى مساعدتنا في النشر 
بإرسال موضوعك على هذا الايميل ( البريد)
nasseerazaw88@gmail.com