قسم كيمياء

محضرة مختبرات كيميائيه

التهجين

يعتبر التهجين وزاوية وطول الرابطة ثلاث عوامل أساسية تحدد الشكل الفراغي للمركبات العضوية وعليه فإنها تحدد حجم وشكل وحدات البناء في أي مادة.



التهجين:

التهجين مصطلح ارتبط ارتباطاً وثيقاً بعلم الأحياء وبالذات في دروس الوراثة وموضوعات تحسين النسل ، وكما هو معروف فإن المقصود بالتهجين في علم الأحياء هو عملية تزاوج تتم بين سلالتين ذات صفات معينة للحصول على سلالة جديدة ذات صفات أكثر جودة .

أما التهجين في الكيمياء فيقصد به بالطبع شيء آخر _ وإن كان هناك تقارب في المفهوم العام _ وهو عملية الحصول على مجالات ذرية جديدة في ذرة عنصر ما نتيجة دمج مجالات ذرية معينة موجودة في مستوى طاقة معين

إذن فهو عملية تتم في الذرة الواحدة وهي الحالة المثارة يتم فيه اندماج عدد من الافلاك المختلفة بالطاقة والشكل لينتج عنه نفس العدد من الافلاك الهجينة المتشابهة بالطاقة والشكل .


تعريف بولنج للتهجين :

هو عبارة عن ضم إيجابي بين فلكين ذريين مختلفين أو أكثر في نفس الذرة ينتج عنه أفلاك ذرية جديدة تعرف بالأفلاك المهجنة.


تهجين الأفلاك الذرية لذرة الكربون:

يقع الكربون في أعلى المجموعة الرابعة من الجدول الدوري حيث تمتلك ذرة الكربون ستة الكترونات تتوزع في مستويات الطاقة المختلفة كما يلي:



نلاحظ وجود الكترونين مزدوجين في الفلك S والكترونين منفردين في أفلاك Px - Py ، وكما هو معروف بأن الرابطة التساهمية تتكون جرّاء ارتباط الالكترونات المنفردة فإننا نتوقع أن ذرة الكربون تستطيع الارتباط برابطتين مع الذرات الأخرى ولكننا نعلم أن أبسط المركبات العضوية هو الميثان والذي تكون فيه ذرة الكربون أربع روابط تساهمية مع أربع ذرات كربون. وطبقا لنظرية باولي التي تنص على أنه لا يمكن لالكترونين في ذرة واحدة أن يكون لهما نفس قيم أعداد الكم الأربعة فإن الالكترونات تتوزع بصورة منفردة في أفلاك (أوربيتالات) متساوية الطاقة قدر المستطاع ولا تزدوج إلا إذا اضطرت لذلك.

التهجين من نوع SP3 :

لقد فسرت نظرية التهجين هذا التناقض حيث أوضحت أن الكربون قبل أن يتحد مع الهيدروجين لتكوين غاز الميثان CH4 يوزع الكتروناته الأربعة على أربعة أفلاك متماثلة تماما ويمثل العرض التالي حدوث هذا النوع من التهجين:




تلاحظ من العرض السابق أنه تحدث إثارة لذرة الكربون فينتقل الكترون من المستوى الفرعي 2s إلى المستوى الفرعي 2P ليملأ الفلك الخالي 2Pyوبذلك تصبح لدينا أربعة الكترونات منفردة في مستوى الطاقة الرئيسي الثاني، واحد في S وثلاثة في P وهذا يعني أن الالكترون الذي يقع في الفلك S أقل في طاقته من الالكترونات الثلاثة التي تقع في أفلاك P ، لحل هذه الاشكالية تقوم ذرة الكربون بعملية إضافية وهي عملية خلط واندماج الأفلاك الأربعة هذه للحصول على أربعة أفلاك من نوع جديد هي في الحقيقة هجين تحمل صفات كل من S و P ذات طاقة واحدة وشكل واحد وكثافة الكترونية واحدة وتسمى SP3 نظرا لأنها ناتجة عن اختلاط فلك S وثلاثة أفلاك P

وعملية التهجين هذه ما هي إلا نموذج لتصور حدوث هذا الخلط لتقديم تفسيرا في صفات الأفلاك الجديدة الناتجة عن أفلاك كانت مختلفة في الأصل، هذه الأفلاك الأربعة المهجنة SP3 تكون مثماثلة في الاتجاهات الفراغية إذ أنها كلها متجهة نحو هرم رباعي الأوجه منتظم tetrahedral تفصلها زاوية مقدارها 109.5 درجة وذلك لتقليل طاقة التنافر بينها إلى أقل حد ممكن كما في الشكل التالي للميثان:



بناء جزيء الميثان CH4:



ينشأ جزيء الميثان من تداخل الأفلاك الأربعة المهحنة SP3 لذرة الكربون مع أفلاك S لأربع ذرات هيدروجين كما في العرض أعلاه،

يحدث تداخل مباشر بين فلك SP3 لذرة الكربون وفلك S لذرة الهيدروجين وينشأ عن هذا التداخل المباشر رابطة تساهمية من نوع سيجما وهي روابط قوية، وبذلك يكون مجموع الروابط سيجما في جزيء الميثان أربعة كما في الشكل التالي:

ومما يلاحظ في الرابطة سيجما أن لها دوران حر كما يظهر في الشكل التالي:


جدير بالذكر أن جميع الألكانات تسلك هذا النوع من التهجين وهو SP3 ومن الأمثلة الأخرى على هذا النوع التهجين الماء والأمونيا وسنشرح فيما يلي كيفية حدوثه في كلٍ منهما وطريقة ترابط الذرات فيهما.



التهجين في جزيء الماء H2O:

يقع الأكسجين في المجموعة السادسة على الجدول الدوري وتمتلك ذرة الأكسجين8 الكترونات تتوزع كما يلي:


بالنظر إلى الالكترونات التي تقع في المستوى الخارجي نجد أن 2 منها تقع في فلك S وأربعة تقع في أفلاك P مما يعني اختلاف الالكترونات الخارجية الستة في الطاقة، فالكترونات الفلك S أقل في طاقتها من اللكترونات أفلاك P وعليه فإن ذرة الأكسجسن تخضع هي الأخرى لعملية إثارة ينتقل الكترون من المستوى الفرعي 2S إلى المستوى الفرعي 2P ثم يحدث اندماج للأفلاك الأربعة كما في الشكل التالي:



نلاحظ أن ذرة الأكسجين بعد عملية التهجين تمتلك ستة الكترونات أربعة منها في وضع مزدوج واثنان فقط في وضع الإفراد وهذا يفسر اكتفاء ذرة الأكسجين برابطتين تساهميتين من نوع سيجما نظرا لوجود الكترونين فقط مفردين، تنشأ هاتين الرابطتين من التداخل المباشر بين فلكي SP3 لذرة الأكسجين وفلكي S لذرتي هيدروجين الشكل التالي يوضح طريقة الترابط في جزيء الماء:










التهجين في جزيء الأمونيا NH3:

يقع النيتروجين في المجموعة الخامسة على الجدول الدوري وتمتلك ذرة النيتروجين 7 الكترونات خمسة منها في المستوى الخارجي كما يلي:



الالكترونات الخمسة الخارجية تخضع لعملية تهجين من نوع SP3 كما في الشكل التالي:




نلاحظ من الشكل أعلاه أن واحد من الأفلاك المهجنة الأربعة في وضع الكتروني مزدوج (هذا يفسر سلوك النتيروجين كقاعدة بحسب لويس) في حين أن الثلاثة المتبقية وضع منفرد وهذا يفسر بطبيعة الحال ارتباط النيتروجين بثلاث روابط تساهمية من نوع سيجما كما يلي:


ويسلك النيتروجين هذا السلوك في كثير من المركبات الكيميائية مثل ثالث فلوريد النيتروجين NF3 والذي يوضحه الشكل التالي:




التهجين من نوع SP2 :

بالنسبة لذرة الكربون في هذا النوع من التهجين يندمج فلكان من P مع فلك S ليعطيان ثلاثة أفلاك مهجنة متساوية في الطاقة والشكل والكثافة الالكترونية تسمى SP2 والعرض التالي يوضح هذه العملية:






تلاحظ من العرض السابق أنه تحدث إثارة لذرة الكربون فينتقل الكترون من المستوى الفرعي 2s إلى المستوى الفرعي 2P ليملأ الفلك الخالي 2Pyوبذلك تصبح لدينا أربعة الكترونات منفردة في مستوى الطاقة الرئيسي الثاني، واحد في S وثلاثة في P وهذا يعني أن الالكترون الذي يقع في الفلك S أقل في طاقته من الالكترونات الثلاثة التي تقع في أفلاك P ، تقوم ذرة الكربون بعملية خلط واندماج فلك S مع فلكين من P للحصول على ثلاثة أفلاك ذات طاقة واحدة وشكل واحد وكثافة الكترونية واحدة وتسمى SP2 نظرا لأنها ناتجة عن اختلاط فلك S وفلكين من P

الأفلاك المهجنة الثلاثة SP2 تشكل محاورها مستوى واحد (مثلث مستو ٍ ) وتفصل المحاور زوايا متساوية مقدار كل منها 120 درجة ، أما الفلك غير المهجن فيكون في اتجاه متعامد على مستوى محاور الأفلاك الثلاثة المهجنة SP2

الشكل التالي يوضح شكل الأفلاك المهجنة SP2 في ذرة الكربون:



وجدير بالذكر أن الألكينات تخضع لهذا النوع من التهجين ومن الأمثلة عليها جزيء الايثيلين C2H4، حيث تتداخل الأفلاك الثلاثة المهجنة SP2 لكل ذرة كربون مع فلك SP2 لذرة الكربون الأخرى وفلكين s لذرتي هيدروجين لتكوين ثلاث روابط من نوع سيجما ويتبقى الكترون في فلك P غير المهجن إذ يتداخل كل فلك P نقي في كل ذرة كربون جانبيا ويتكون نوع جديد من الروابط التساهمية تسمى الرابطة باي وهي أضعف من الرابطة سيجما وليس لها دوران حر كما في الشكل التالي:





الشكل التالي يوضح طريقة الترابط في جزيء الايثلين والروابط المتكونة :





يكون عدد الروابط سيجما في الجزيء 5 روابط أربع بين كربون - هيدروجين وواحدة بين كربون - كربون أما الرابطة الأخرى المتبقية بين كربون - كربون فهي من نوع باي، وجدير بالذكر أن أقصى عدد من الروابط سيجما يمكن أن يتكون بين ذرتين هو رابطة واحدة فقط بينما نجد أنه يمكن أن تتكون رابطة أو رابطتين من النوع باي بين ذرتين.


التهجين من نوع SP :


وهو النوع الثالث من التهجين تخضع له الألكاينات ففي ذرة الكربون يتم دمج فلك S مع فلك واحد فقط من P بينما يبقى فلكين نقيين دون تهجين كما في العرض التالي:






وكتلخيص لهذه العملية نورد الشكل التالي:




تكون الزاوية بين الفلكين المهجنين مقدارها 180 درجة على شكل خطي أما الفلكان النقيان فيكونان متعامدين على الفلكين SP وعلى بعضهما كذلك، ففي جزيء الاسيتلين C2H2 يتداخل فلك SP من ذرة كربون مع فلك SP مماثل من ذرة الكربون الثانية فتتكون الرابطة سيجما وبزيادة اقتراب الذرتين من بعضهما يتداخل الفلكان المتبقيان من نوع P نقي لكل ذرة كربون وبذا تتكون الرابطتان باي في مستويين متعامدين أي يصبح هناك ثلاثة روابط بين ذرتي الكربون في جزيء الاسيتيلين واحدة سيجما و 2 باي أما الأفلاك المهجنة SP الباقية (فلك لكل ذرة كربون) فإنها تكوّن رابطتين سيجما وذلك بتداخلهما مع فلكي 1S لذرتي هيدروجين كما يظهر في الشكل التالي:





التهجين من نوع sp3d :


مثال على هذا النوع من التهجين ما يحدث في ذرة الفسفور P حيث يقع الفسفور في المجموعة الخامسة وتتوزع الكتروناته كما يلي:



يظهر في مستوى الطاقة الرئيسي الثالث المستوى الفرعي 3d والذي يكون فارغا في حالة الفسفور، وعندما تحدث إثارة لذرة الفسفور ينتقل الكترون من فلك المستوى الفرعي 3S إلى فلك في المستوى الفرعي 3d ، بعدها تخضع ذرة الفسفور لعملية اندماج لفلك s مع ثلاثة أفلاك p وفلك من d منتجة خمسة أفلاك مهجنة متساوية في الشكل والطاقة والكثافة الالكترونية كما في الشكل التالي:



تأخذ هذه الأفلاك الخمسة المهجنة شكل ثنائي الهرم كما يظهر في الشكل التالي:


مثال على هذا النوع من التهجين مركب PCl5 حيث يتم التداخل المباشر بين فلك sp3 لكل ذرة كلور مع فلك sp3d لذرة الفسفور مكونا خمس روابط من نوع سيجما.




التهجين من نوع sp3d2 :


مثال على هذا التهجين ما يحدث عند ارتباط ذرة الكبريت S بذرات أخرى مثل الفلور F كما في مركب SF6

يقع الكبريت في المجموعة السادسة على الجدول الدوري وتتوزع الكتروناته كما يلي:




عندما تحدث إثارة لذرة الكبريت ينتقل الكترون من فلك المستوى الفرعي 3S إلى فلك في المستوى الفرعي 3d وينتقل الكترون آخر من المستوى الفرعي 3d إلى فلك آخر في المستوى الفرعي 3d، بعدها تخضع ذرة الكبريت لعملية اندماج لفلك s مع ثلاثة أفلاك p وفلكين من d منتجة ستة أفلاك مهجنة متساوية في الشكل والطاقة والكثافة الالكترونية كما في الشكل التالي:




وتكوّن هذه الأفلاك الستة المهجنة شكلا هرميا ثماني الأوجه كما في الصورة التالية:





ففي مركب SF6 حيث يحدث تداخل مباشر بين فلك sp3 لكل ذرة فلور من الذرات الست مع فلك sp3d2 لذرة الكبريت مكونا ست روابط من نوع سيجما.



جدير بالذكر هنا أن ذرة الكربون لا تخضع للنوعين الأخيرين من التهجين ( sp3d2 - sp3d) وذلك لأن الكترونات التكافؤ لذرة الكربون تقع في مستوى الطاقة الرئيسي الثاني ولا يوجد لديها مستويات فرعية من النوع d التي يبدأ ظهورها من مستوى الطاقة الرئيسي الثالث فقط.


الساعات المكتبية

من الساعة 8 صباحاً حتى الساعة 2 مساءً

 

 

الوقت ..



هديتي لكم ..


اعلان هام..

يمكنك التواصل مع عميد الكلية مباشرة من خلال صوتك مسموع فضلا اضغط على الصورة


أرقام الاتصال..

0164043880

[email protected]

إستبانة..


عزيزتي الطالبة أضع بين يديك استبانة لمدى وعي طالبات جامعة المجمعة في مواجهة مخاطر المختبر..أمل التكرم بتعبئتها ولك مني جزيل الشكر..




الموقع الرسمي لجامعة المجمعة


الرؤيا والرسالة لجامعة المجمعة

  • ورود صغيرة متحركةالـرؤية

   أن تكون الجودة والتحسين المستمر والإبداع ثقافة عمل يومية في جامعة المجمعة

  • ورود صغيرة متحركةالـرسالة

التحسين المستمر لعمليات الجودة وتطوير المهارات لمنسوبي الجامعة من أكاديميين وإداريين وطلبة  بما يسهم في تحقيق أهداف الجامعة الاستراتيجية وتبوأها  مكانة متميزة بين الجامعات الوطنية


للتواصل مع الجامعة

                 


اعلام الجامعة


عمادات جامعة المجمعة

كلية التربية بالزلفي

   

      

 


تعلمت من الكيمياء..


فلاشات كيميائية..


الكيمياء وصبغة الانتخابات

روابط كيميائية





الجدول الدوري

Chemistry Dictionary

مواقع صديقة

نتيجة بحث الصور عن ويكيبيديا الموسوعة الحرة


محرك بحث للمواقع الكيميائية

     

التقويم الأكاديمي للعام 1438/37هـ


تفاعلات كيميائية








وطني..

نتيجة بحث الصور عن دعاء للوطن الغالي

هل تعلم ؟؟


حالات المادة

قناة الكيمياء التعليميه

إضاءة..

نتيجة بحث الصور عن فوائد القراءة

فروع علم الكيمياء

الماء سر الحياة ..

العاب كيميائية ممتعة

إحصائية الموقع

عدد الصفحات: 734

البحوث والمحاضرات: 426

الزيارات: 40101