انت هنا الان : شبكة جامعة بابل > موقع الكلية > نظام التعليم الالكتروني > مشاهدة المحاضرة

ماجستير 4

الكلية كلية العلوم للبنات     القسم قسم الكيمياء     المرحلة 7
أستاذ المادة محمد حامد سعيد الدهيمي       31/01/2020 13:57:38
الكيمياء اللاعضوية
ماجستير / الفصل الدراسي الاول
المحاضرة الرابعة 2019/ 2020 د. محمد حامد سعيد
تهجين الاوربتالات Hybridization of Orbitals
ان الصورة التي تم وصفها في الفقرات السابقة لتداخل الاوربتالات النصف مملوء هي صورة بسيطة جدا لا تستطيع تفسير كل الجزيئات المعروفة فهيه تعمل بشكل جيد مع جزيئات مثل H2 , HF وهي تقبل الى حد ما مع جزيئات مثل NH3 , H2O لكن عند تطبيقها على جزيئة مثل CH4 تنهار تماما ولا تستطيع تفسير وجود جزيئة الميثان لأننا نتوقع حسب هذا المفهوم البسيط لتداخل الاوربتالات في حالة الكربون تكوين آصرتين تساهميتين فقط مع اوربتالات 1S لذرتي هيدروجين وذلك لان الغلاف الخارجي لذرة الكاربون يحتوي فقط على الكترونين منفردين في اوربتال 2P وبذلك تكون جزيئة CH2

لكن جزيئة CH2 لا توجد بشكل ثابت ( مستقر ) وان ابسط مركب مستقر بين الهيدروجين والكاربون هو الميثان CH4 وفي محاولة لشرح ما يحصل من خلال نشر الكترونات التكافؤ في ذرة الكاربون على اوربتالاتها الاربعة للحصول على اربع الكترونات منفردة كما في الشكل

وبذا يتيسر لذرة الكاربون تكوين ثلاث اواصر C-H من تداخل اوربتالات 1S في ثلاث ذرات الهيدروجين مع ثلاث اوربتالات من نوع P في ذرة الكاربون بينما تنتج الاصرة الرابعة بين الكاربون والهيدروجين (C-H) من تداخل اوربتال 1S من الهيدروجين مع اوربتال 2S في الكاربون وبذلك يجب ان تكون هذه الاصرة الرابعة مختلفة عن الاواصر الثلاث الاخرى لانها متكونة من تداخل اوربتالات مختلفة , الا انه وجد من خلال التجربة ان الاواصر الاربعة متماثلة وان جزيئة الميثان تقع فيه ذرة الكربون في مركز رباعي السطوح وتقع ذرات الهيدروجين الاربعة عند الاركان الاربعة للشكل الرباعي

وهكذا يبدو ان الاوربتالات التي يستعملها الكربون في تكوين الاواصر الاربعة مع الهيدروجين في جزيئة الميثان ليست اوربتالات ذرية بسيطة ( نفس الشيء يقال بالنسبة للذرات الاخرى التي تكون اواصر في جزيئات ذات التراكيب المثلثية ثنائية الهرم والثمانية السطوح ) بل هي اكثر تعقيدا من ذلك . والسؤال الان هو . اي نوع من الاوربتالات هذه ؟
لقد وجد الحل لهذه المشكلة عن طريق رياضيات ميكانيك الكم , فحل معادلة شرودنكر الموجية Schrodinger,s wave equation يوفر لنا مجموعة من الدوال الموجية ? يصف كل منها اوربتال ذري مختلف ومن خواص هذه الدوال الرياضية انها عند تربيعها تمكننا من احتساب احتمال تحديد موقع الإلكترون عند نقطة ما في الفراغ حول النواة. وفي الحقيقة, فإن الأشكال الكروية والشبيهة بالرقم 8 التي نرسمها تدل على التمثيل التصويري لتوزيعات الاحتمالات المُتنبّأ بها بواسطة الدوال الموجية للوربتالات P,S
من المهم هنا التذكير انه يمكن دمج هذه الدوال الموجية او طرحها بطريقة مناسبة لتعطي دوال جديدة تعرف بانها اوربتالات مهجنة , وبهذه الطريقة يتم مزج اوربتالين ذريين او اكثر لتنتج عنها مجموعة جديدة من الاوربتالات المهجنة , تمتلك هذه الاوربتالات المهجنة خصائص اتجاهية مختلفة عن الاوربتالات الذرية النقية التي تكونت منها . مثلا الشكل ادناه يصور نتيجة دمج اوربتال 2S مع اوربتال 2P واحد ليعطي اوربتالين جديدين مهجنين من نوع SP , حيث يلاحظ في هذا الشكل ان الدالة الموجية لوربتال P تمتلك قيمة عددية موجية في بعض الاجزاء حول النواة وقيم سالبة في اجزاء اخرى , اما اوربتال S فله نفس الاشارة الجبرية في جميع اجزائه لذلك عندما تضاف هذه الدوال الجبرية وتطرح بالتعاقب فان الاوربتالات الجديدة الناتجة تصبح اكبر من تلك الاجزاء التي تمتلك فيها كلتا الدالتين نفس الاشارة واصغر في الاجزاء التي تكون اشارتها مختلفة ويؤدي التداخل البناء والتداخل الإتلافي لأمواج الالكترون في اوربتالات P ,S الى تكوين اوربتالين جديدين

شكل يبين تكوين اوربتالين جديدين مهجنين من نوع SP من دمج اوربتال S واوربتال P
ج‌- اوربتال S ,P منفصلة ب- اوربتال S ,P قبل التهجين ج- اوربتالين مهجنين SP بعد تكوينهما
د-اوربتالين مهجنين مرسومان سوية لبيان خواصهما الاتجاهية
تمتلك هذه الاوربتالات المهجنة بعض الخصائص المثيرة للاهتمام .فنحن نرى ان لكل اوربتال احدى الفلقتين أكبر بكثير من الأخرى، ولهذا السبب يستطيع الاوربتال المهجن أن يتشابك ( يتداخل ) جيدا من اتجاه واحد فقط، وهو ذلك الاتجاه الذي يبرز فيه الاوربتال أكثر. لذلك فان الاوربتال المهجّن اتجاهي بقدرته على تكوين الاصرة التساهمية. هذا بالإضافة الى أنه بسبب أن الفلقة الكبرى تمتد خارجا أبعد عن النواة من امتداد الاوربتال غير المهجن ، يكون الاوربتال المهجن أقدر على التشابك ( التداخل ) بشكل مؤثر أكثر مع اوربتال ذرة أخرى. وبالتالي تميل الاواصر المتكوِّنة من اوربتالات مهجنة لأن تكون أقوى من تلك المتكونة من اوربتالات ذرية عادية.
الان اصبح لدينا تصور عما يحدث عند دمج اوربتال من نوع S مع اوربتال من نوع P لتكوين اوربتال هجين من نوع SP كذلك يمكن الحصول على مجاميع من اوربتالات مهجنة اخرى ويتحدد عدد الاوربتالات وتجاهها في اي مجموعة مهجنة بنوع الاوربتالات الذرية المتجمعة ( المدمجة ) والجدول ادناه يحتوي على قائمة بمجموعة من الاوربتالات المهجنة التي يمكن استعمالها لشرح معظم التراكيب الجزيئية كما يصور الشكل ادناه هذه الخواص الاتجاهية نلاحظ ان عدد كل نوع من الاوربتالات الذرية المتضمنة مجموعة يتحدد بعدد علوي يكتب على نوع المدار الذري وبذلك تكون اوربتالات من نوع sp3d2 على سبيل المثال يتكون من اوربتال من نوع s واحد وثلاث اوربتالات من نوع p واوربتاليين من نوع d .


الان سنأخذ امثله لشرح هذا الموضوع ولنبدأ بجزيئة BeH2 الذي يمتلك الترتيب النقطي التالي

حيث تمثل النقطة الكترون البريليوم ويمثل (X) الكترون الهيدروجين ويكون التركيب الالكتروني لغلاف التكافؤ للبريليوم :

ولكي يكون البريليوم اصرتين تساهميتين مع الهيدروجين , يجب ان توفر ذرة البريليوم اوربتالين نصف ممتلئة ( تحتوي على الكترون واحد ) وللحصول على ذلك يجب تكوين زوج من الاوربتالات المهجنة من نوع SP ووضع الكترون واحد في كل منهما وبذلك يمكن ان تتداخل ذرتي هيدروجين معهما من خلال اورتال من نوع S الذي تمتلكة ذرتي الهيدروجين وكما مبين في ادناه


ويكون مخطط الاوربتالات الجزيئية كما يلي

الاسهم ذات اللون الفاتح هي الكترونات الهيدروجين
وبسبب توجيه الاوربتالات المهجنة sp فان ذرتي الهيدروجين مرغمتين على ان تقعا على جانبين متعاكسين من ذرة البريليوم فينتج جزيئة خطية
مثال اخر جزيئة الميثان CH4
الان لنعد الى الاشكاليات التي واجهتنا مع تركيب جزيئة الميثان ونحاول ان نضع لها حلول وفق مبدأ تهجين الاوربتالات , الان لكي يستطيع الكاربون تقديم اربع اوربتالات لغرض التداخل مع اوربتال S لاربع ذرات هيدروجين يجب ان توفر اربع اوربتالات مهجنة من نوع sp3 وكما يلي

ان هذه الاوربتالات المهجنة تشير الى قمم شكل رباعي السطوح لذلك نتوقع الجزيئة الناتجة تاخذ شكل رباعي السطوح عندما ترتيط اربع ذرات هيدروجين مع ذرة الكاربون من خلال التداخل مع هذه الاوربتالات المهجنة (sp3) على ذرة الكاربون كما في الشكل ادناه وهذا الشكل يتطابق مع التركيب الحقيقي للجزيئة .

شكل يوضح التداخل في جزيئة الميثان

للمزيد افتح الملف المرفق

المادة المعروضة اعلاه هي مدخل الى المحاضرة المرفوعة بواسطة استاذ(ة) المادة . وقد تبدو لك غير متكاملة . حيث يضع استاذ المادة في بعض الاحيان فقط الجزء الاول من المحاضرة من اجل الاطلاع على ما ستقوم بتحميله لاحقا . في نظام التعليم الالكتروني نوفر هذه الخدمة لكي نبقيك على اطلاع حول محتوى الملف الذي ستقوم بتحميله .