Lakhasly

عنوان التقرير : تهجين الأفلاك
عمل الطالب : سلمان محمد المعيلي
الصف : الحادي عشر – علمي / 4
- يحدث التهجين عند دمج شيئين معاً ، حيث يكون للشئ الهجين خواص كلا الشيئين معاً. فالسيارات الهجينة مثلاً تستخدم الكهرباء والجازولين مصادر للطاقة.تعريف التهجين فى الكيمياء
- يعطى التهجين تفسيراً لطبيعة الأفلاك الذرية وكيفية اتحادها لتكوين الأفلاك الجزيئية وهى عبارة عن عملية تداخل بين أفلاك الذرة الواحدة المتقاربة في الطاقة ينتج عنها افلاك جديدة متساوية في الطاقة والشكل.- تتم عملية التهجين بعد إثارة الذرة - نتيجة لامتصاص طاقة- حيث ينتقل إلكترون من فلك فرعي أقل في الطاقة إلى فلك فرعي أعلى في الطاقة.1) تهجين من النوع sp
2) تهجين من النوع sp2
3) تهجين من النوع sp3
الموضوع : التهجين الكيميائي sp
يحدث للذرات المركزية تهجين (sp) عند خلط فلك ذري (s) للذرة المركزية، مع فلك ذري (p) للذرة نفسها، فينتج تبعاً لذلك فلكين جديدين من نوع sp تسمي (الأفلاك الهجينة sp) وتتجه هذه الأفلاك المهجنه في الفراغ بحيث يكون التنافر بين إلكتروناتها أقل ما يمكن لتأخذ الشكل الهندسي خطي مستقيم، وتكون الزاوية فيما بينهما 180°.لنأخذ مثال على هذا النوع من التهجين (جزيء فلوريد البيريليوم BeF2):
التوزيع الإلكتروني لذرة البريليوم Be المركزية:
4Be:[He] 2s2 2p0
من خلال التوزيع الإلكتروني لذرة البريليوم المركزية نلاحظ أنها لا تحتوي على إلكترونات منفردة، لذلك نستنتج انها لا تستطيع الارتباط مع ذرتي الفلور من اجل تكوين جزيء BeF2 وذلك حسب نظرية الترابط التساهمي التي تحدد عدد الروابط اعتماداً على عدد الإلكترونات المنفردة. وبالتالي حتى ترتبط ذرة البريليوم بذرتي الفلور، يجب أن يكون لديها إلكترونين منفردين، وعليه تعمل ذرة البريليوم على ترقية إلكترون من غلافها الفرعي (2s) إلى أحد أفلاك غلافها الفرعي (2p) الفارغة لتتحول ذرة البريليوم الى ذرة مثارة أي غير مستقره كما يوضح ذلك الشكل التالي:
ولكي تستطيع ذرة البريليوم تكوين رابطتين متكافئتين مع ذرتي الفلور تحدث عملية مساواة لطاقة الفلكين المحتويين على إلكترونين منفردين، وخلطهما معاً من أجل تكوين فلكين جديدين مهجنين يسمى كل منهما sp ، ويظل الفلكين الذريين الفارغين من نوع 2p لذرة البريليوم في نفس مستوى طاقتهما أي لا يحدث لهما عملية تهجين.وتبعاً لذلك يتجه الفلكين الجديدين (المهجنين) في الفراغ باتجاهين متضادين (متعاكسين) بحيث يكون التنافر بين إلكتروناتهما أقل ما يمكن ليأخذ الفلكين شكل خطي بزاوية 180°.وفي هذة الحالة يصبح لذرة البريليوم المركزية القدرة على الارتباط مع ذرتي الفلور وتكوين رابطتين متكافئتين وبالتالي تقدم كل ذرة فلور فلكاً ذرياً من نوع p إلى كل فلك مهجن 2p ليكون الشكل الهندسي للجزيء خطي بزاوية 180° كما يوضح ذلك الشكل التالي:
o نوع التهجين الذي حدث لذرة البريليوم المركزية : sp .o عدد الأفلاك المهجنه لذرة البريليوم : 2 .o الشكل البنائي (الهندسي) لجزيء فلوريد البيريليوم BeF2 : خطي مستقيم.o الزاوية بين الأفلاك المهجنة : 180°.• نوع الأفلاك التي كونت الرابطة بين ذرتي البيريليوم والفلور sp-p : Be-F .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
5B :[He] 2s2 2p1
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 2px, 2py, 2pz 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 :
o نوع التهجين الذي تحدث لذرة البورون: sp2
o عدد الأفلاك المهجنة في ذرة البورون: 3
o الشكل الهندسي (البنائي) للجزيء: مثلث مسطح.o قيمة الزاوية بين الأفلاك المهجنة: 120⚬.• نوع الأفلاك الداخلة في تكوين الرابطة بين البورون والكلور sp2-p : B-Cl .نوع التهجين فى جزئ الميثان CH4
H1: 1s1
C6 : 1s2,

عنوان التقرير : تهجين الأفلاك
عمل الطالب : سلمان محمد المعيلي
الصف : الحادي عشر – علمي / 4

• يحدث التهجين عند دمج شيئين معاً ، حيث يكون للشئ الهجين خواص كلا الشيئين معاً. فالسيارات الهجينة مثلاً تستخدم الكهرباء والجازولين مصادر للطاقة.


• خلال الترابط الكيميائي يخضع العديد من المستويات الذرية لعملية التهجين.
  تعريف التهجين فى الكيمياء


• يعطى التهجين تفسيراً لطبيعة الأفلاك الذرية وكيفية اتحادها لتكوين الأفلاك الجزيئية وهى عبارة عن عملية تداخل بين أفلاك الذرة الواحدة المتقاربة في الطاقة ينتج عنها افلاك جديدة متساوية في الطاقة والشكل.


• تتم عملية التهجين بعد إثارة الذرة - نتيجة لامتصاص طاقة- حيث ينتقل إلكترون من فلك فرعي أقل في الطاقة إلى فلك فرعي أعلى في الطاقة.

أنواع التهجين :
(1) تهجين من النوع sp
(2) تهجين من النوع sp2
(3) تهجين من النوع sp3

الموضوع : التهجين الكيميائي sp
يحدث للذرات المركزية تهجين (sp) عند خلط فلك ذري (s) للذرة المركزية، مع فلك ذري (p) للذرة نفسها، فينتج تبعاً لذلك فلكين جديدين من نوع sp تسمي (الأفلاك الهجينة sp) وتتجه هذه الأفلاك المهجنه في الفراغ بحيث يكون التنافر بين إلكتروناتها أقل ما يمكن لتأخذ الشكل الهندسي خطي مستقيم، وتكون الزاوية فيما بينهما 180°.

لنأخذ مثال على هذا النوع من التهجين (جزيء فلوريد البيريليوم BeF2):
التوزيع الإلكتروني لذرة البريليوم Be المركزية:
4Be:[He] 2s2 2p0

من خلال التوزيع الإلكتروني لذرة البريليوم المركزية نلاحظ أنها لا تحتوي على إلكترونات منفردة، لذلك نستنتج انها لا تستطيع الارتباط مع ذرتي الفلور من اجل تكوين جزيء BeF2 وذلك حسب نظرية الترابط التساهمي التي تحدد عدد الروابط اعتماداً على عدد الإلكترونات المنفردة. وبالتالي حتى ترتبط ذرة البريليوم بذرتي الفلور، يجب أن يكون لديها إلكترونين منفردين، وعليه تعمل ذرة البريليوم على ترقية إلكترون من غلافها الفرعي (2s) إلى أحد أفلاك غلافها الفرعي (2p) الفارغة لتتحول ذرة البريليوم الى ذرة مثارة أي غير مستقره كما يوضح ذلك الشكل التالي:

ولكي تستطيع ذرة البريليوم تكوين رابطتين متكافئتين مع ذرتي الفلور تحدث عملية مساواة لطاقة الفلكين المحتويين على إلكترونين منفردين، وخلطهما معاً من أجل تكوين فلكين جديدين مهجنين يسمى كل منهما sp ، ويظل الفلكين الذريين الفارغين من نوع 2p لذرة البريليوم في نفس مستوى طاقتهما أي لا يحدث لهما عملية تهجين.

وتبعاً لذلك يتجه الفلكين الجديدين (المهجنين) في الفراغ باتجاهين متضادين (متعاكسين) بحيث يكون التنافر بين إلكتروناتهما أقل ما يمكن ليأخذ الفلكين شكل خطي بزاوية 180°.

وفي هذة الحالة يصبح لذرة البريليوم المركزية القدرة على الارتباط مع ذرتي الفلور وتكوين رابطتين متكافئتين وبالتالي تقدم كل ذرة فلور فلكاً ذرياً من نوع p إلى كل فلك مهجن 2p ليكون الشكل الهندسي للجزيء خطي بزاوية 180° كما يوضح ذلك الشكل التالي:

خلاصة تهجين جزيء فلوريد البيريليوم BeF2 :
o نوع التهجين الذي حدث لذرة البريليوم المركزية : sp .
o عدد الأفلاك المهجنه لذرة البريليوم : 2 .
o الشكل البنائي (الهندسي) لجزيء فلوريد البيريليوم BeF2 : خطي مستقيم.
o الزاوية بين الأفلاك المهجنة : 180°.
• نوع الأفلاك التي كونت الرابطة بين ذرتي البيريليوم والفلور sp-p : Be-F .

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 2px, 2py, 2pz 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 :
o نوع التهجين الذي تحدث لذرة البورون: sp2
o عدد الأفلاك المهجنة في ذرة البورون: 3
o الشكل الهندسي (البنائي) للجزيء: مثلث مسطح.
o قيمة الزاوية بين الأفلاك المهجنة: 120⚬.
• نوع الأفلاك الداخلة في تكوين الرابطة بين البورون والكلور sp2-p : B-Cl .

نوع التهجين فى جزئ الميثان CH4
H1: 1s1

C6 : 1s2, 2s2 2p2

• 
  

  من التوزيع الإلكتروني لذرة الكربون نجد أنها تحتوى على مزدوج إلكتروني في الفلك الفرعي (2s) وإلكترونين مفردين في الفلك الفرعي (2p).

  
  


• 
  

  عند إثارة الذرة ينتقل إلكترون من الفلك الفرعي (2s) إلى الفلك الفرعي (2p) فتمتلك بذلك ذرة الكربون 4 افلاك نصف ممتلئة ولكنها غير متماثلة في الشكل والطاقة.

  
  


• 
  

  يحدث تهجين بين أفلاك (2s) وأفلاك (2p) في مستوى طاقة أعلى من مستوى طاقة الفلك (2s) وأقل من مستوى طاقة الفلك (2p) فتتكون 4 أفلاك متماثلة في الشكل والطاقة.

  
  


• 
  

  تسمى الأفلاك المهجنة بأفلاك (sp3) لأنها نتجت من تهجين فلك (s) مع ثلاثة أفلاك (p)

  
  


• 
  

  تتنافر الأفلاك المهجنة فيما بينها حتى تصل زوايا الربط (Bond angle) إلى 109.5o

  
  


• 
  

  يتم التداخل بين الأفلاك المهجنة وفلك (1S) لأربع ذرات هيدروجين فتتكون 4 روابط تساهمية أحادية من النوع سيجما (Sigma bond) وبذلك يتكون جزئ الميثان.

  
  


• 
  

  عدد الروابط المتكونة في جزي الميثان أربعة روابط كلها من النوع سيجما.

  
  


• 
  

  من خلال دراسة تهجين جزئ الميثان نستنتج أن الشكل الهندسي له هو هرم رباعي الأوجه tetrahedral

  
  

ملاحظات هامة
(أ) الرابطة سيجما: (σ) (Sigma bond) هي رابطة تنشأ من التداخل الأفقي للأفلاك أي تكونت على خط واحد.
(ب) لا ترتبط ذرات الهيدروجين مع ذرة الكربون المثارة لأن الأفلاك تكون متعامدة بزوايا 90o وكذلك وجود نوعين من الأفلاك المختلفة في الشكل والطاقة (s, p).