التهجين الكيميائي sp، sp2، sp3

ال التهجين الكيميائي هو "خليط" المدارات الذرية ، الذي قدمه الكيميائي لينوس بولينغ في عام 1931 إلى مفهومه لتغطية عيوب نظرية ارتباط فالنسيا (TEV). ما العيوب؟ هذه هي: الأشكال الهندسية الجزيئية وأطوال الارتباط المكافئة في الجزيئات مثل الميثان (CH₄).

وفقًا لـ TEV ، تشكل المدارات الذرية لـ C في الميثان أربعة روابط مع أربع ذرات من H. وتكون المدارات 2p ذات أشكال formas (الصورة السفلية) من C متعامدة مع بعضها البعض ، لذلك يجب تعيين Hs الآخرين بزاوية 90 درجة.

بالإضافة إلى ذلك ، يرتبط المدار 2s (الكروي) لـ C بالمدار 1s لـ H بزاوية 135º بالنسبة للثلاث Hs الأخرى. ومع ذلك ، فقد وجد تجريبياً أن الزوايا في CH₄ تبلغ 109.5 درجة مئوية ، وهذا بالإضافة إلى أن أطوال سندات C-H تعادل.

لتفسير ذلك ، يجب اعتبار أن توليفة من المدارات الذرية الأصلية تشكل أربعة مدارات هجينة (ذات طاقة متساوية). هنا يأتي الكيمياء الكيميائية. ما هي المدارات الهجينة؟ ذلك يعتمد على المدارات الذرية التي تولدها. كما أنها تعرض مزيجًا من الخصائص الإلكترونية لهذه.

مؤشر

• 1 SP3 التهجين
  • 1.1 التفسير
  • 1.2 انحرافات زوايا الروابط
• 2 تهجين sp2
• 3 التهجين sp
• 4 المراجع

تهجين sp³

في حالة CH₄, تهجين C هو sp³. من هذا النهج ، يتم شرح الهندسة الجزيئية بأربعة مدارات sp³ فصل في 109.5º والإشارة نحو رؤوس رباعي الاسطح.

في الصورة أعلاه يمكنك أن ترى كيف المدارات sp³ (أخضر) إنشاء بيئة إلكترونية رباعية السطوح حول الذرة (A ، وهي C لـ CH₄).

لماذا 109.5º وليس الزوايا الأخرى ، من أجل "رسم" هندسة مختلفة؟ والسبب في ذلك هو أن هذه الزاوية تقلل من التنافر الإلكتروني للذرات الأربع المرتبطة بـ A.

في هذه الطريقة ، جزيء CH₄ يمكن تمثيلها على شكل رباعي السطوح (هندسة جزيئية رباعي السطوح).

إذا ، بدلاً من H ، شكلت صلات مع مجموعات أخرى من الذرات ، فماذا سيكون تهجينها؟ طالما أن الكربون يشكل أربعة روابط (C-A) ، فإن تهجينه سيكون³.

يمكن افتراض أنه في المركبات العضوية الأخرى مثل CH₃OH ، CCl₄, C (CH₃)₄, C₆H₁₂ (cyclohexane) ، وما إلى ذلك ، يحتوي الكربون على تهجين sp³.

هذا أمر أساسي لرسم الهياكل العضوية ، حيث تمثل الكربونات ذات الروابط البسيطة نقاط الاختلاف ؛ وهذا هو ، لا يبقى الهيكل في طائرة واحدة.

ترجمة

ما هو أبسط تفسير لهذه المدارات الهجينة دون معالجة الجوانب الرياضية (وظائف الموجة)؟ المدارات sp³ يعني أنها نشأت من قبل أربعة مدارات: واحد ق وثلاثة ص.

لأن مزيج هذه المدارات الذرية من المفترض أن يكون مثاليًا ، المدارات sp الأربعة³ الناتجة هي متطابقة وتحتل اتجاهات مختلفة في الفضاء (كما هو الحال في المدارات ص_س, ص_و و p_ض).

ما سبق ينطبق على بقية التهجينات المحتملة: عدد المدارات الهجينة التي يتم تشكيلها هو نفس عدد المدارات الذرية المدمجة. على سبيل المثال ، sp المدارات الهجينة³د² تتشكل من ستة مدارات ذرية: واحد s ، ثلاثة p واثنان d.

انحرافات زوايا الروابط

وفقًا لنظرية نبذ الأزواج الإلكترونية لطبقة فالنسيا (VSEPR) ، يشغل زوجًا من الإلكترونات الحرة حجمًا أكبر من ذرة مرتبطة. هذا يؤدي إلى انفصال الروابط ، وتقليل التوتر الإلكتروني وتحويل زوايا 109.5 درجة:

على سبيل المثال ، في جزيء الماء ، ترتبط ذرات H بالمدارات sp³ (باللون الأخضر) ، وكذلك أزواج الإلكترونات غير المشتركة ":" تشغل هذه المدارات.

عادة ما يتم تمثيل تنافر هذه الأزواج من الإلكترونات على أنها "اثنين من الكرات مع عيون" ، والتي ، بسبب حجمها ، صد الروابط اثنين the O-H.

وهكذا ، فإن زوايا الوصلات في الماء هي بالفعل 105 درجة ، بدلاً من 109،5 درجة المتوقعة لهندسة رباعية السطوح.

ما هي الهندسة هل لديها إذن؟₂O؟ لديها هندسة الزاوي. لماذا؟ لأنه على الرغم من أن الهندسة الإلكترونية عبارة عن رباعي السطوح ، فإن اثنين من الأزواج من الإلكترونات غير المشتركة تنتقص منه إلى هندسة جزيئية زاويّة.

تهجين sp²

عندما تجمع الذرة بين مداري p و 1 s ، فإنها تولد ثلاث مدارات مختلطة sp². ومع ذلك ، يظل المداري p بدون تغيير (لأنه ثلاثة) ، والذي يتم تمثيله كشريط برتقالي في الصورة أعلاه.

هنا ، المدارات الثلاثة ليرة سورية² فهي خضراء لتسليط الضوء على اختلافها عن شريط البرتقال: المداري "النقي".

ذرة مع تهجين sp² يمكن تصورها على أنها أرضية مثلثية مسطحة (مثلث مرسوم مع المدارات sp² من اللون الأخضر) ، مع رأسه مفصولة 120 درجة زوايا وعمودي إلى شريط.

وما هو الدور الذي يلعبه المداري الصافي؟ أن تشكيل رابطة مزدوجة (=). المدارات sp² السماح بتكوين ثلاث روابط ، في حين أن الرابطة p المدارية النقية π (رابطة مزدوجة أو ثلاثية تتضمن رابطة أو رابطة ثنائية).

على سبيل المثال ، لرسم مجموعة الكاربونيل وهيكل جزيء الفورمالديهايد (H₂C = O) ، العائدات كما يلي:

المدارات sp² كل من C و O تشكل رابطة while ، في حين أن مداراتها النقية تشكل رابطة π (المستطيل البرتقالي).

يمكن ملاحظة كيف توجد بقية المجموعات الإلكترونية (ذرات H وأزواج الإلكترون غير المشتركة) في المدارات sp الأخرى.², مفصولة 120º.

تهجين sp

الصورة العليا تظهر ذرة A مع تهجين sp. هنا ، يتحد المداران s و p المداريان لتكوين مداريين sp انحلاليين. ومع ذلك ، لا يزال اثنان من المدارات p الخالصة بدون تغيير ، مما يسمح لـ A بتكوين رابطتين مزدوجتين أو رابطة ثلاثية (≡).

بمعنى آخر: إذا كانت C في هيكل ما يتوافق مع ما ورد أعلاه (= C = أو C≡C) ، فإن تهجينها هو sp. بالنسبة للذرات الأخرى الأقل إيضاحًا - مثل الفلزات الانتقالية - يكون وصف الأشكال الإلكترونية والجزيئية معقدًا لأن المدارات d وحتى المدارات f يتم أخذها في الاعتبار أيضًا..

يتم فصل المدارات الهجينة بزاوية 180 درجة. لهذا السبب يتم ترتيب الذرات المرتبطة في هندسة جزيئية خطية (B-A-B). أخيرًا ، في الصورة أدناه ، يمكنك رؤية بنية أنيون السيانيد:

مراجع

1. سفين. (3 يونيو 2006). S-المدارات. [الشكل]. تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 ، من: commons.wikimedia.org
2. ريتشارد سي بانكس. (مايو 2002). الترابط والتهجين. تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 ، من: chemistry.boisestate.edu
3. جيمس. (2018). اختصار التهجين. تم الاسترجاع بتاريخ 24 مايو 2018 ، من: masterorganicchemistry.com
4. الدكتور إيان هانت. قسم الكيمياء ، جامعة كالجاري. SP3 التهجين. تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 ، من: chem.ucalgary.ca
5. الرابطة الكيميائية 2: الهندسة الجزيئية وتهجين المدارات الذرية الفصل 10. [PDF]. تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 ، من: wou.edu
6. Quimitube. (2015). الرابطة التساهمية: مقدمة في تهجين المدارات الذرية. تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 ، من: quimitube.com
7. رعشة واتكينز. (2008). كيمياء غير عضوية (الطبعة الرابعة ، صفحة 51). مولودية جراو هيل.