تهجين الكربون في مكوناته وأنواعه وخصائصه

ال تهجين الكربون ينطوي على مزيج من اثنين من المدارات الذرية الخالصة لتشكيل المدار الجزيئي "الهجين" الجديد مع خصائصه الخاصة. تعطي فكرة المدار الذري تفسيرا أفضل من المفهوم السابق للمدار ، لإثبات تقريبي للمكان الذي يوجد فيه احتمال أكبر لإيجاد إلكترون داخل الذرة..

بعبارة أخرى ، فإن المدار الذري هو تمثيل ميكانيكا الكم لإعطاء فكرة عن موقف الإلكترون أو زوج من الإلكترونات في منطقة معينة داخل الذرة ، حيث يتم تعريف كل مدار وفقًا لقيم أرقامه كمية.

تصف الأرقام الكمية حالة النظام (مثل حالة الإلكترون الموجود داخل الذرة) في لحظة معينة ، عن طريق الطاقة الخاصة بالإلكترون (ن) ، الزخم الزاوي الذي يصفه في حركته (ل) ، اللحظة المغناطيسية المرتبطة (م) وتدور الإلكترون أثناء التحرك داخل الذرة (الذرات).

هذه المعلمات فريدة لكل إلكترون في المدار ، لذلك لا يمكن أن يكون للإلكترونين نفس القيم للأرقام الكمية الأربعة تمامًا ويمكن أن يشغل كل مدار إلكترونين على الأكثر.

مؤشر

• 1 ما هو تهجين الكربون؟?
• 2 أنواع رئيسية
  • 2.1 SP3 التهجين
  • 2.2 التهجين sp2
• 3 المراجع

ما هو تهجين الكربون?

لوصف تهجين الكربون ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن خصائص كل مداري (شكله ، الطاقة ، الحجم ، إلخ) تعتمد على التكوين الإلكتروني لكل ذرة..

أي أن خصائص كل مدارية تعتمد على ترتيب الإلكترونات في كل "طبقة" أو سوية: من الأقرب إلى الجوهر إلى الأبعد ، والمعروف أيضًا باسم طبقة التكافؤ.

إلكترونات المستوى الأبعد هي الوحيدة المتاحة لتشكيل رابطة. لذلك ، عندما تتشكل رابطة كيميائية بين ذرتين ، يتولد التداخل أو التداخل بين مداريتين (واحدة من كل ذرة) وهذا يرتبط ارتباطًا وثيقًا بهندسة الجزيئات.

كما هو مذكور أعلاه ، يمكن ملء كل مداري بحد أقصى إلكترونين ولكن يجب اتباع مبدأ Aufbau ، حيث يتم ملء المدارات وفقًا لمستوى الطاقة (من أدنى إلى أعلى) ، كما يظهر أدناه:

بهذه الطريقة ، يتم ملء المستوى 1 أولاًالصورة, ثم 2الصورة, تليها 2ص وهكذا ، اعتمادًا على عدد الإلكترونات الموجودة في الذرة أو الأيون.

وبالتالي ، فإن التهجين هو ظاهرة تقابل الجزيئات ، حيث أن كل ذرة يمكن أن توفر مدارات ذرية نقية فقط (الصورة, ص, د, F) وبسبب الجمع بين مدارين ذريين أو أكثر ، يتم تكوين نفس العدد من المدارات الهجينة التي تسمح بالربط بين العناصر.

الأنواع الرئيسية

المدارات الذرية لها أشكال مختلفة وتوجهات مكانية ، تزداد تعقيدًا ، كما هو موضح أدناه:

ويلاحظ أن هناك نوعًا واحدًا فقط من المدارات الصورة (الشكل الكروي) ، ثلاثة أنواع من المداري ص (شكل مفصص ، حيث يتم توجيه كل فص على محور مكاني) ، خمسة أنواع من المداري د وسبعة أنواع من المداري F, حيث يكون لكل نوع من المدارات نفس الطاقة تمامًا مثل نوعه.

تحتوي ذرة الكربون في حالتها الأرضية على ستة إلكترونات ، تكوينها 1الصورة²2الصورة²2ص^2. وهذا هو ، يجب أن تشغل المستوى 1الصورة (إلكترونان) ، 2الصورة (إلكترونان) وجزئيًا 2p (الإلكترونين المتبقيين) وفقًا لمبدأ Aufbau.

هذا يعني أن ذرة الكربون بها إلكترونان فقط غير موجودين في المدار 2ص, ولكن لا يمكن تفسير تكوين أو شكل جزيء الميثان (CH₄) أو غيرها من أكثر تعقيدا.

لذلك لتشكيل هذه الروابط تحتاج إلى تهجين المدارات الصورة و ص (بالنسبة لحالة الكربون) ، لتوليد مدارات هجينة جديدة تشرح روابط ثنائية وثلاثية ، حيث تحصل الإلكترونات على التكوين الأكثر ثباتًا لتكوين الجزيئات.

تهجين sp³

تهجين sp³ يتكون من تشكيل أربعة مدارات "هجينة" من المدارات 2s ، 2p_س, 2P_و و 2 ص_ض نقي.

وبالتالي ، لدينا إعادة ترتيب الإلكترونات في المستوى 2 ، حيث توجد أربعة إلكترونات متاحة لتشكيل أربع روابط ، ويتم ترتيبها بالتوازي للحصول على طاقة أقل (استقرار أكبر).

مثال على ذلك جزيء الإيثيلين (C₂H₄) ، التي تشكل روابطها 120 درجة بين الذرات وتوفر هندسة مثلثية مسطحة.

في هذه الحالة ، يتم إنشاء روابط بسيطة C-H و C-C (بسبب المدارات) س²) ورابطة C-C مزدوجة (بسبب المداري ص) ، لتشكيل جزيء الأكثر استقرارا.

تهجين sp²

من خلال التهجين sp² يتم إنشاء ثلاثة مدارات "هجينة" من المدارات 2s النقية وثلاثة مدارات 2p نقية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم الحصول على المداري الصافي النقي الذي يشارك في تكوين رابطة مزدوجة (تسمى pi: "π").

مثال على ذلك جزيء الإيثيلين (C₂H₄) ، التي تشكل روابطها 120 درجة زوايا بين الذرات وتوفر هندسة مثلثية مسطحة. في هذه الحالة ، يتم إنشاء روابط بسيطة C-H و C-C (بسبب المدارات sp).²) ورابطة C-C مزدوجة (بسبب المدارية p) ، لتشكيل جزيء الأكثر استقرارا.

عن طريق التهجين sp يتم إنشاء مداريين "هجينين" من المدارات 2s النقية وثلاثة مدارات 2p نقية. وبهذه الطريقة ، يتم تشكيل مداريين صينين يشاركان في تكوين رابطة ثلاثية.

لهذا النوع من التهجين ، يتم تقديم جزيء الأسيتيلين (C) كمثال₂H₂) ، التي تشكل روابطها 180 درجة بين الذرات وتوفر هندسة خطية.

بالنسبة إلى هذا الهيكل ، توجد روابط C-H و C-C بسيطة (بسبب المدارات sp) ورابطة C-C ثلاثية (أي رواسب pi بسبب المدارات p) ، للحصول على التكوين بأقل قدر من التنافر الإلكتروني..

مراجع

1. التهجين المداري. تم الاسترجاع من en.wikipedia.org
2. Fox، M. A.، and Whitesell، J. K. (2004). الكيمياء العضوية. تم الاسترجاع من books.google.co.ve
3. Carey، F. A.، and Sundberg، R. J. (2000). الكيمياء العضوية المتقدمة: الجزء أ: الهيكل والآليات. تم الاسترجاع من books.google.co.ve
4. Anslyn، E. V.، and Dougherty، D. A. (2006). الكيمياء العضوية الفيزيائية الحديثة. تم الاسترجاع من books.google.co.ve
5. ماثور ، ر. Singh، B. P.، and Pande، S. (2016). مواد الكربون النانوية: التوليف ، التركيب ، الخواص والتطبيقات. تم الاسترجاع من books.google.co.ve