التهجين الكيميائي من نوع sp2

ماهو التهجين في الكيمياء؟ وماهي الفكرة التي يعتمد عليها التهجين الكيميائي؟
بإختصار فإن التهجين الكيميائي عبارة عن عملية تداخل بين أفلاك الذرات المتقاربة في الطاقة والتي ينتج عنها افلاك جديدة تتساوى في الشكل والطاقة. ويفسر التهجين طبيعة الأفلاك الذرية وكذلك يوضح كيفية اتحاد تلك الأفلاك لتكوين أفلاك الجزيئية.

الفكرة التي يعتمد عليها التھجین الكیمیائي تتوضح في مزج العدید من الاوربیتالات الذریة (المدارت الذرية) المختلفة في اشكالھا وطاقتها للحصول على نسق متشابه من الاوربیتالات ذات الاشكال والطاقات المتشابھة ، وتكون ملائمة للاواصر الكیمیائیة (الروابط الكيميائية) الناتجة من نظریة اصرة التكافؤ (رابطة التكافؤ).

تهجين sp² :

يحدث للذرات المركزية تهجين sp² إذا اختلط الفلك s للذرة المركزية، مع فلكين نوع p لنفس الذرة، فبالتالي تتكون ثلاثة أفلاك مهجنة تعرف بالتهجين sp² وتتجه هذه الأفلاك المهجنة في الفراغ بحيث يحدث تنافر بين إلكتروناتها ويكون ذلك التنافر أقل ما يمكن لتأخذ الشكل (مثلث مسطح) الزاوية فيما بينها 120^⚬.

مثال على التهجين sp² :

جزيء ثلاثي كلوريد البورون BCl₃

ولشرح تهجين هذا الجزيء نقوم أولاً بعرض التوزيع الإلكتروني لذرة "البورون" المركزية:

₅B :[He] 2s² 2p¹   

من خلال التوزيع الإلكتروني لذرة البورون المركزية (عددها الذري=5) نلاحظ أن الذرة تحتوي على إلكترون واحد منفرد كما يتضح في الشكل السابق ، لذا سنعتقد أنها فقط تميل للارتباط مع ذرة كلور واحدة وذلك حسب نظرية الترابط التساهمي، والتي يتم فيها تحديد عدد الروابط بالإعتماد على عدد الإلكترونات المنفرد (حيث أن ملئ الالكترونات في مستويات الطاقة تتم أولا منفردة ثم تضاف بقية الالكترونات إليها لتصبح مزدوجة).
ولكن في حقيقة الأمر يحدث لذرة البورون تهجين وتداخل لإلكترونات مستوى الطاقة الرئيسي "n=2" حتى ترتبط ذرة البورون بثلاث ذرت كلور. من الناحية النظرية لابد أن يكون لدى ذرة البورون ثلاثة إلكترونات منفردة في مستوى الطاقة الأخير(n=2) ولذلك تقوم ذرة البورون بترقية إلكترون واحد من الغلاف الفرعي 2s القريب طاقياً إلى أحد أفلاك الغلاف الفرعي 2p الفارغة فيكون لدينا ثلاثة إلكترونات منفردة (إثنان منها في الغلاف الفرعي 2p وواحد في الغلاف الفرعي 2s) وبما ان للغلاف p ثلاثة أفلاك ذرية 2p_x, 2p_y, 2p_z يمتلئ كل فلك بإلكترونين فإن لدينا هنا فلكين في كل منهما إلكترون مفرد، وفلك ثالث فارغ.

ولكن لكي تستطيع ذرة البورون تكوين ثلاثة روابط متكافئة مع ثلاث ذرات كلور يحدث تهجين بحيث تتساوى طاقة جميع الأفلاك التي تحتوي على إلكترونات منفردة في مستوى الطاقة الأخير(n=2) وتختلط معاً لتكوين ثلاثة أفلاك جديدة "ثلاثة أفلاك مهجنة" يسمى كل واحد منهما sp² بحيث أن هذه التسمية تشير إلى ان الأفلاك الجديدة تكونت من خلال تهجين فلك فرعي واحد من s مع فلكين فرعيين من p ، وبالتالي يتبقى لدينا فلك ذري ثالث فارغ من نوع 2p في ذرة البورون.

وتحدث عملية التساوي الطاقي من خلال تداخل الأفلاك المتقاربة في الطاقة بحيث تكون الأفلاك الجديده الناتجة عن عملية التهجين ذات طاقة متوسطة بين مستوى الطاقة الأقل s ومستوى الطاقة الاعلى منه p ، بينما الفلك الذري الثالث 2p الذي لم تحدث له عملية التهجين يظل في نفس المستوى الطاقي للغلاف p ، أي اننا سنجد الأفلاك الجديدة متواجدة في الوسط أسفل الغلاف p وأعلى من الغلاف s .

وتتجه هذه الأفلاك المهجنة في الفراغ بحيث يحدث تنافر بين إلكتروناتها ويكون ذلك التنافر أقل ما يمكن لتأخذ الشكل (مثلث مسطح) الزاوية فيما بينها 120^⚬.

وبما أن التوزيع الإلكتروني لذرة الكلور ₁₇Cl: [Ne] 3s² 3p⁵

فنلاحظ ان لديها فقط إلكترون منفرد واحد في مستوى الطاقة الأخير مما يؤدي إلى ارتباط ثلاثة ذرات كلور مع ذرة بورون واحدة، بحيث لدى ذرة البورون المهجنة ثلاثة إلكترونات منفردة، تستعد كل منها لتكوين رابطة تساهمية مع ذرة كلور واحدة، وبالتالي فإن كل ذرة كلور من الثلاثة الذرات تقدم فلكاً ذرياً من نوع 3p إلى كل فلك مهجن من ذرة البورون، والناتج عن الارتباط فلك من نوع sp²-p بحيث ان sp² يشير للبورون بينما p يشير الى الكلور.

خلاصة تهجين جزيء ثلاثي كلوريد البورون BCl₃ :

• نوع التهجين الذي تحدث لذرة البورون: sp²
• عدد الأفلاك المهجنة في ذرة البورون: 3
• الشكل الهندسي (البنائي) للجزيء: مثلث مسطح.
• قيمة الزاوية بين الأفلاك المهجنة: 120^⚬.
• نوع الأفلاك الداخلة في تكوين الرابطة بين البورون والكلور  sp²-p : B-Cl .

إنظر ايضاً:

التهجين في الكيمياء hybridization تهجين ذرة الكربون وأنواع الروابط المتشكلة نوع التهجين في مركب فلوريد الهيدروجين HF