التهجين وهندسة الجزيئات

أنواع الروابط الكيميائية: σ و π

تعتمد البنية الفراغية للجزيء إلى حد كبير على كيفية تداخل السحب الإلكترونية للذرات عند تكوين الروابط الكيميائية.

• رابطة $\_sigma$ (رابطة سيجما) تنشأ عن طريق تداخل الأهاريت على طول المحور الواصل بين أنوية الذرات. يمكن أن تتشكل نتيجة تفاعل أهاريتين $s$ ($H_2$)، أو أهاريت $s$ و $p$ ($HCl$)، أو أهاريتين $p$ ($Cl_2$).
• رابطة $\_pi$ (رابطة باي) تتشكل بسبب التداخل الجانبي للأهاريت $p$ غير المهجنة ($p_y$ أو $p_z$) فوق وتحت مستوى الرابطة. يحدث هذا عندما تكون المساحة الواقعة على المحور بين النوى مشغولة بالفعل بواسطة رابطة $\_sigma$.

يحدد عدد روابط $\_pi$ رتبة الرابطة: تتكون الرابطة الثنائية من رابطة $\_sigma$ واحدة ورابطة $\_pi$ واحدة، بينما تتكون الرابطة الثلاثية من رابطة $\_sigma$ واحدة ورابطتين $\_pi$. يزيد وجود روابط $\_pi$ بشكل كبير من قوة الجزيء (على سبيل المثال، في جزيء النيتروجين $N_2$ ذي الرابطة الثلاثية، تصل الطاقة إلى 946 كيلو جول/مول).

الأنواع الرئيسية للتهجين

اعتماداً على عدد الأهاريت المشاركة، يتم تمييز ثلاثة أنواع رئيسية من التهجين، والتي تظهر، على سبيل المثال، في ذرة الكربون:

1. تهجين $sp$. تختلط أهاريت $s$ واحدة وأهاريت $p$ واحدة. يتكون أهاريتان هجينتان متطبقتا وممتدتان في اتجاهين متعاكسين. تبلغ الزاوية بينهما 180 درجة، مما يحدد الهندسة الخطية (مثال: الأسيتيلين $C_2H_2$ وثاني أكسيد الكربون $CO_2$). يمكن لأهاريتين $p$ المتبقيتين غير المهجنتين تكوين رابطتي $\_pi$.
2. تهجين $sp^2$. تشارك أهاريت $s$ واحدة وأهاريتان $p$. تنشأ ثلاث أهاريت هجينة تقع في نفس المستوي بزاوية 120 درجة لبعضها البعض. بنية الجزيء هي مستوية (مثال: الإيثيلين $C_2H_4$). تشكل أهاريت $p$ العمودية المتبقية رابطة $\_pi$ واحدة.
3. تهجين $sp^3$. يتضمن أهاريت $s$ واحدة وجميع أهاريت $p$ الثلاثة لنفس المستوى. النتيجة هي أربع أهاريت هجينة موجهة نحو رؤوس رباعي السطوح بزوايا متساوية 109.5 درجة. الجزيء له بنية رباعية السطوح (أمثلة: الميثان $CH_4$ أو بلورة الماس).

حالات خاصة: الروابط بدون تهجين وعناصر d

لا تتشكل كل الجزيئات بمشاركة التهجين. لدى بعض الذرات (مثل الكبريت والفوسفور) في حالتها الأساسية إلكترونات $p$ مفردة في المستوى الخارجي، وتقع على أهاريت $p$ متعامدة مع بعضها البعض.

عند تكوين مركبات الهيدروجين مع الفوسفور (الفوسفين $PH_3$) والكبريت (كبريتيد الهيدروجين $H_2S$)، تتشكل الروابط الكيميائية بواسطة أهاريت $p$ نقية وغير مهجنة. نظراً لأن أهاريت $p$ الأصلية تقع بزاوية 90 درجة لبعضها البعض، فإن زوايا التكافؤ في هذه الجزيئات قريبة من الزوايا القائمة (حوالي 93 درجة).

في فلزات الكتلة $d$، تكون أهاريت $d$ أيضاً ذات تكافؤ. إذا شارك في التهجين أهاريت $d$ اثنتان، وأهاريت $s$ واحدة، وثلاث أهاريت $p$ (نوع تهجين $d^2sp^3$)، يتم تكوين 6 أهاريت هجينة موجهة نحو رؤوس ثماني السطوح. هذا نموذجي لمركبات التناسق ثمانية السطوح.

أسئلة من المحاضرات والامتحانات

مواضيع أخرى للمراجعة في نفس السياق

• البنية الإلكترونية لذرات الفوسفور والكبريت في الحالة الأساسية
• مخطط تكوين الروابط في جزيء الأسيتيلين (C2H2)
• تأثير الروابط المتعددة على طاقة الجزيء (باستخدام النيتروجين والأكسجين والفلور كمثال)
• تداخل الأهاريت أثناء تكوين مركبات التناسق لفلزات الكتلة d

مواضيع أخرى من قسم "الفصل 5. تركيب المادة"

تم إعداد المادة بواسطة أعضاء هيئة التدريس في WhiteCoat Pro وفقاً للمنهج الدراسي لكليات الطب. وهي ذات طابع تعليمي.