وفقًا لنموذج المدارات الذي أنشأه Linus Pauling في عام 1960 ، فإن الرابطة التساهمية التي تشكل تحدث الجزيئات عن طريق الاندماج أو التداخل بين المدارات غير المكتملة للعناصر المشاركة في نهاية لهذه الغاية. وبالتالي ، استنتج أنه إذا كان للعنصر مدارًا غير مكتمل (بإلكترون واحد فقط) ، فيمكنه فقط تكوين رابطة تساهمية. إذا كان له مداريان غير مكتملين ، فيمكنه إجراء اتصالين كحد أقصى وما إلى ذلك.
ومع ذلك ، انظر إلى المدارات الذرية لذرة كربون العنصر ، والتي لها العدد الذري يساوي 6 (Z = 6):
لاحظ أنه يحتوي على مدارين غير مكتملين ، لذلك يجب أن يؤدي فقط ارتباطين على الأكثر. ومع ذلك ، هذا ليس ما يحدث له. كما يعلم الكثيرون ، فإن الكربون يصنع أربع روابط (وهو رباعي التكافؤ) ، لذا فإن هذا النموذج من المدارات لا يفسر حالة الكربون.
لإنهاء هذا المأزق ، تم إنشاء نظرية جديدة تشرح هذه المشكلة بشكل أفضل: نظرية التهجين.
هذا يعني أن التهجين هو "مزيج" من المدارات النقية.
بالنسبة للكربون ، هناك ثلاثة أنواع من التهجين ، وهي: sp3، ص2 و sp.
لفهم كيفية حدوث التهجين ، دعونا نلقي نظرة على النوع الأول من تهجين الكربون ، النوع sp.3:
يحدث هذا النوع من التهجين في جزيء الميثان (CH
4). لاحظ أن هناك أربعة روابط تساهمية متطابقة بين الكربون ، وهو العنصر المركزي ، وأربعة هيدروجين. لذا ، انظر ما هو مدار الهيدروجين غير المكتمل:
نظرًا لأن كل هيدروجين له مدار غير مكتمل من النوع s ، فمن الضروري تلقي إلكترون واحد آخر ، أي أن كل واحد يصنع رابطة تساهمية واحدة فقط مع الكربون. هذا هو السبب في أن الكربون يحتاج إلى أربعة مدارات غير مكتملة. كيف يحدث هذا؟ من خلال التهجين.
عندما يمتص إلكترون من المدار 2s الطاقة ، فإنه ينتقل إلى المدار 2p الفارغ. وبالتالي ، نقول إن قفزة الإلكترون هذه من المستوى الثاني إلى المستوى الفرعي 2p هي "ترقية" للإلكترون. بهذه الطريقة ، يظل الكربون في حالته المُثارة أو المُفعَّلة ، مع توفر أربعة مدارات مهجنة لتنفيذ الروابط التساهمية:
لاحظ أن المدارات الهجينة المتكونة تكافئ بعضها البعض ، ولكنها تختلف عن المدارات النقية الأصلية.
بهذه الطريقة ، تحدث الرابطة بين مدار s لكل من ذرات الهيدروجين الأربع مع مدارات الكربون الأربعة المهجنة:
كما رأينا أعلاه ، يحتوي جزيء الميثان على هيكل رباعي السطوح منتظم ، مع سحب الإلكترون الأربعة عند كل رأس وزوايا مجاورة تبلغ 109 درجة 28 بوصة. منذ أن تم إنشاء الرابطة بين مدار s لكل هيدروجين ومدار sp مهجن3 لكل اتصال ، ثم لدينا ما هو عليه أربعة روابط سيجما s-sp3 (σs-sp3).
بقلم جينيفر فوغاسا
تخرج في الكيمياء
مصدر: مدرسة البرازيل - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/hibridizacao-tipo-sp3.htm
