إذا قمنا بقياس طول وطاقة كل رابطة من الروابط الاربعة التساهمية لجزيء الميثان سنجد أن جميع الروابط الأربعة لها نفس الطول وكذلك نفس الطاقة ، مما يجعلنا نتساءل : كيف تستطيع ذرة الكربون في جزيء المثان CH4 تكوين أربعة روابط تساهمية ولها نفس الطول والطاقة ؟ بينما الإلكترونات الأربعة المتواجدة في المستوى الأخير للكربون والمستخدمة في تكوين هذه الروابط تتواجد في مستويات طاقة مختلفة والتي هي عبارة عن إلكترونين متواجدين في المستوى 2s (مستوى طاقة أقل) ، وإلكترونين متواجدين في المستوى 2p (مستوى طاقة أكبر).
التوزيع الإلكتروني لذرة الكربون:
6C : [He] 2s2 2p2
6C : [He] 2s2 2p2
نستطيع الاجابة عن التساؤل السابق كالتالي:
أن ذرة الكربون C في جزيء الميثان CH4 وقبل اتحادها مع ذرات الهيدروجين الأربعة تدخل في عملية تهجين بحيث تتحد الأفلاك الذرية الأربعة (فلك s وأفلاك p الثلاثة) فيما بينها لتكوين أفلاك جديدة ذات مستويات طاقة متساوية ، وتبعاً لذلك تستطيع ذرة الكربون ذات الأفلاك المهجنة الجديدة ان تكون أربعة روابط مع ذرات الهيدروجين الأربعة ولهذة الروابط المتكونة طول واحد وطاقة متساوية ، وتدعى الأفلاك المهجنة الجديدة أفلاك SP3- orbitals) sp3) .
تحدث عملية التهجين من خلال مرحلتين هما:
- المرحلة الأولى (انتقال الإلكترون) : عند إثارة ذرة الكربون ينتقل إلكترون من الفلك الفرعي 2s إلى الفلك الفرعي 2p ليشغل الفلك الفارغ من الإلكترونات، وبهذا تصبح ذرة الكربون مثاره.
- المرحلة الثانية: يحدث خلط الأفلاك الأربعة (فلك 2s وأفلاك 2p الثلاثة) لتكوين الأفلاك المهجنة الجديدة، ويحدث ذلك التهجين في مستوى طاقي أعلى من مستوى طاقة الفلك (2s) وأقل من مستوى طاقة الفلك (2p) فتتكون 4 أفلاك متماثلة في الشكل والطاقة، كما في الشكل التالي:
للأفلاك المهجنة الجديدة أشكال هندسية مختلفة عن الأفلاك التي كانت عليها قبل حدوث عملية التهجين، كما في الشكل التالي:
وبسبب التنافر بين الإلكترونات السالبة الشحنة في الأفلاك الهجينة فإن هذه الأفلاك تبتعد عن بعضها البعض وتتوزع على شكل رباعي (tetrahedral structure) وتكون أكبر زاوية ممكنة 109.5° في حالة الألكانات. وبعد أن تتم عملية التهجين ترتبط ذرة الكربون المهجنة مع أربعة ذرات هيدروجين ليتكون جزيء الميثان.
أما في جزيء الإيثان (CH3CH3) سنجد أن كل ذرة كربون مرتبطة بثلاثة ذرات من الهيدروجين، ولذلك فإن كل ذرة كربون تحتاج إلى أربعة أفلاك من نوع sp3 لتكوين الروابط الأربعة (لأن كل ذرة كربون سترتبط بثلاثة ذرات هيدروجين والرابطة الرابعة مع ذرة الكربون الأخرى).
وتسمى الرابطة المتكونة بين ذرتي الكربون بالرابطة التساهمية من نوع سيجما (Sigma) ويرمز لها بالرمز (σ) كما يوضح ذلك الشكل التالي:
خلاصة تهجين جزيء الميثان CH4 :
- نوع التهجين الذي حدث لذرة الكربون: sp3
- عدد الأفلاك المهجنة في ذرة الكربون: 4
- الشكل الهندسي (البنائي) للجزيء: هرم رباعي الأوجه tetrahedral.
- قيمة الزاوية بين الأفلاك المهجنة: 109.5⚬.
- نوع الأفلاك الداخلة في تكوين الرابطة بين الكربون والهيدروجين sp3-s : C-H .
- سبب التهجين أو الغرض من التهجين: شرح تهجين جزيء الميثان
إنظر ايضاً:
السلام عليكم
ردحذفكيف تستطيع ذرة الكربون ان تكون اربع روابط وهي تحتوي على الكترونين فقط في المدار Pوالكترونين في المدار S؟
وعليكم السلام ورحمة الله وبركاته
حذفنعم يحدث لذرة الكربون عملية تهجين حسب مركزية ذرة الكربون ونوع الرابطة التي تتصل بها..
فعلى سبيل المثال في جزئ الميثان CH4 تتحد الأفلاك الذرية الأربعة لذرة الكربون المركزية (فلك واحد s وثلاثة أفلاك p ولكن بعد اثارة احد الكترونات الفلك s لينتقل الى الفلك p وهنا يكون لدينا الكترون واحد في الفلك s وثلاثة الكترونات في الفلك p ثم تبدأ عملية التهجين) فتتحد الاربعة الافلاك الذرية لذرة الكربون (s + px + py + pz) فيما بينها لتكوين أفلاك جديدة ذات مستويات طاقة متساوية ، وتبعاً لذلك تستطيع ذرة الكربون ذات الأفلاك المهجنة الجديدة ان تكون أربعة روابط مع ذرات الهيدروجين الأربعة ولهذة الروابط المتكونة طول واحد وطاقة متساوية ، وتدعى الأفلاك المهجنة الجديدة أفلاك SP3- orbitals) sp3) .
وفي حالة جزيء الإيثيلين (CH2CH2) نجد ان كل ذرة كربون محاطة بثلاث ذرات (وذلك لأن كل ذرة كربون ترتبط مع ذرة الكربون الأخرى برابطة مزدوجة وترتبط مع ذرتين هيدروجين) ، وبالتالي فهي بحاجة إلى ثلاثة أفلاك مهجنة متساوية الطاقة والشكل..
ولكي نصل الى هذه النتيجة فإن ذرة الكربون وقبل الاتحاد مع ذرات الهيدروجين يحدث لها عملية تهجين من خلال اندماج فلك واحد 2s مع فلكين فقط من أفلاك 2p الثلاثة لنحصل على ثلاثة أفلاك جديدة والتي تسمى أفلاك SP2- orbitals) sp2).
وفي حالة جزئ الايثين CHCH يحدث عملية تهجين الكربون من خلال تداخل فلك واحد من s مع فلك واحد من p .
وفي المقال الذي هو بعنوان (تهجين ذرة الكربون وأنوع الروابط المتشكلة) على الرابط التالي ستجد التوضيح بشكل أكبر.
https://chemitechnical.blogspot.com/2020/01/carbon-hybridization.html
خالص التحايا.
شكراًجزيلا
حذفلدي سؤال آخر واعتذر جداً على الاطالة
هل يستطيع الرصاص أن يكون روابط تساهمية مع الهيدروجين كما في الكربون؟
نعم نظرياً يستطيع فمن خلال حساب فرق السالبية الكهربية بين الرصاص والهيدروجين:
حذفPb (2.33) - H (2.20) = 0.13 بمقياس باولنج.
وهنا يتضح أن فرق السالبية الكهربية بينهما بمقياس باولنج أقل من 0.4 فضلا عن انها اقل من 1.7 وبالتالي فإن المركب الناتج من اتحاد الهيدروجين والرصاص سيتم عبر روابط تساهمية.
أما عملياً:
فلم يتم الحصول إلا على مركب واحد فقط يربط الرصاص مع الهيدروجين وهو مركب بلومبان (أو هيدريد الرصاص الرباعي أو رصاصان) وهو مركب كيميائي من مجموعة الهيدريدات صيغته PbH4، مركب غير مستقر ويوجد عند عزله على شكل غاز عديم اللون.
* اضافة مقتبسة:
يستطيع الرصاص أن يناظر الكربون في تشكيله للميثان وذلك بمركّب البلومبان (رصاصان)، وهو رباعي هيدريد الرصاص PbH4، وهو غير مستقرّ ويمكن الحصول عليه نظرياً من مفاعلة الرصاص مع الهيدروجين بوجود حفّاز مناسب.
شكرا جزيلا
حذفعلى الرحب والسعة ^_^ دمت بخير دائماً
حذفسلام عليكم
ردحذفلدي سؤال
ماهمية او الغرض من تهجين الميثان
ولذا يتم تهجينه