تحديد نوع تهجين ذرات المواد غير العضوية. مثال على تحديد نوع الاتصال

في عملية تحديد الشكل الهندسي للجسيم الكيميائي، من المهم أن نأخذ في الاعتبار أن أزواج إلكترونات التكافؤ للذرة الرئيسية، بما في ذلك تلك التي لا تشكل رابطة كيميائية، تقع على مسافة طويلةمن بعضها البعض في الفضاء.

مميزات المصطلح

عند النظر في مسألة الروابط الكيميائية التساهمية، غالبا ما يستخدم مفهوم تهجين المدارات الذرية. يرتبط هذا المصطلح بمحاذاة الشكل والطاقة. يرتبط تهجين المدارات الذرية بعملية إعادة ترتيب كيميائية كمومية. المدارات لها بنية مختلفة مقارنة بالذرات الأصلية. جوهر التهجين هو أن الإلكترون الموجود بجوار نواة الذرة المرتبطة لا يتم تحديده بواسطة مدار ذري محدد، ولكن من خلال دمجه مع عدد كمي رئيسي مساوٍ. خاصة هذه العمليةيتعلق الأمر بالمدارات الذرية الأعلى والقريبة من الطاقة والتي تحتوي على إلكترونات.

تفاصيل العملية

تعتمد أنواع تهجين الذرات في الجزيئات على كيفية توجيه المدارات الجديدة. واستنادًا إلى نوع التهجين، يمكن تحديد هندسة الأيون أو الجزيء واقتراح خصائص كيميائية محددة.

أنواع التهجين

هذا النوع من التهجين، مثل sp، هو هيكل خطي، الزاوية بين الروابط هي 180 درجة. مثال على جزيء بهذا النوع من التهجين هو BeCl 2 .

النوع التالي من التهجين هو sp2 تتميز الجزيئات بشكل مثلث، الزاوية بين الروابط 120 درجة. والمثال النموذجي لهذا النوع من التهجين هو BCl 3 .

يفترض نوع التهجين sp 3 بنية رباعية السطوح للجزيء؛ والمثال النموذجي لمادة ذات خيار التهجين هذا هو جزيء الميثان CH 4 . زاوية الرابطة في هذه الحالة هي 109 درجات و28 دقيقة.

ليس فقط الإلكترونات المقترنة، ولكن أيضًا أزواج الإلكترونات غير المشتركة تشارك بشكل مباشر في التهجين.

التهجين في جزيء الماء

على سبيل المثال، يوجد في جزيء الماء رابطتان تساهميتان قطبيتان بين ذرة الأكسجين وذرات الهيدروجين. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي ذرة الأكسجين نفسها على زوجين من الإلكترونات الخارجية، والتي لا تشارك في إنشاء رابطة كيميائية. تشغل هذه الأزواج الأربعة من الإلكترون مساحة معينة حول ذرة الأكسجين. وبما أن جميعها لها نفس الشحنة، فإنها تتنافر في الفضاء، وتقع السحب الإلكترونية على مسافة كبيرة من بعضها البعض. وينطوي نوع تهجين الذرات في هذه المادة على تغير في شكل المدارات الذرية، فهي تتمدد وتتحاذى مع رؤوس رباعي السطوح. ونتيجة لذلك، يكتسب جزيء الماء شكلا زاويا؛ زاوية الرابطة بين روابط الأكسجين والهيدروجين هي 104.5 درجة.

للتنبؤ بنوع التهجين، يمكن استخدام آلية المانح والمتلقي لتكوين الرابطة الكيميائية. ونتيجة لذلك، تتداخل المدارات الحرة لعنصر ذي سالبية كهربية أقل، وكذلك مدارات عنصر ذي سالبية كهربائية أعلى، والذي يحتوي على زوج من الإلكترونات. في عملية تجميع التكوين الإلكتروني للذرة، يتم أخذ حالة الأكسدة الخاصة بها بعين الاعتبار.

قواعد لتحديد نوع التهجين

من أجل تحديد نوع تهجين الكربون، يمكنك استخدام قواعد معينة:

• يتم تحديد الذرة المركزية، ويتم حساب عدد روابط σ؛
• ضبط حالة أكسدة الذرات في الجسيم؛
• تسجيل التكوين الإلكتروني للذرة الرئيسية في حالة الأكسدة المطلوبة؛
• رسم مخطط لتوزيع إلكترونات التكافؤ في المدارات، وإقران الإلكترونات؛
• يتم تحديد المدارات التي تشارك بشكل مباشر في تكوين الرابطة، ويتم العثور على الإلكترونات غير المتزاوجة (إذا كان عدد مدارات التكافؤ غير كاف للتهجين، يتم استخدام مدارات مستوى الطاقة التالي).

يتم تحديد هندسة الجزيء حسب نوع التهجين. لا يتأثر بوجود روابط pi. في حالة الروابط الإضافية، من الممكن حدوث تغيير في زاوية الرابطة، والسبب هو التنافر المتبادل للإلكترونات التي تشكل رابطة متعددة. وهكذا، في جزيء أكسيد النيتريك (4)، أثناء التهجين sp2، تزداد زاوية الرابطة من 120 درجة إلى 134 درجة.

التهجين في جزيء الأمونيا

يؤثر زوج الإلكترونات غير المشترك على عزم ثنائي القطب الناتج للجزيء بأكمله. تحتوي الأمونيا على بنية رباعية السطوح مع زوج من الإلكترونات غير المشتركة. تبلغ نسبة أيونية روابط النيتروجين والهيدروجين والنيتروجين والفلور 15 و19 بالمائة، ويتم تحديد الأطوال لتكون 101 و137 ميكرومتر على التوالي. وبالتالي، يجب أن يكون لجزيء فلوريد النيتروجين عزم ثنائي القطب أكبر، لكن النتائج التجريبية تشير إلى عكس ذلك.

التهجين في المركبات العضوية

تتميز كل فئة من الهيدروكربونات بنوع التهجين الخاص بها. وهكذا، أثناء تكوين جزيئات فئة الألكانات (الهيدروكربونات المشبعة)، تشكل جميع الإلكترونات الأربعة لذرة الكربون مدارات هجينة. عندما تتداخل، تتشكل 4 سحب هجينة، تتماشى مع رؤوس رباعي السطوح. بعد ذلك، تتداخل رؤوسها مع مدارات الهيدروجين غير الهجينة، لتشكل رابطة بسيطة. تتميز الهيدروكربونات المشبعة بتهجين sp3.

في الألكينات غير المشبعة (ممثلها النموذجي هو الإيثيلين)، تشارك ثلاثة مدارات إلكترونية فقط في التهجين - s و2 p؛ وتشكل ثلاثة مدارات هجينة شكل مثلث في الفضاء. تتداخل مدارات p غير الهجينة، مما يؤدي إلى إنشاء روابط متعددة في الجزيء. تتميز هذه الفئة من الهيدروكربونات العضوية بالحالة الهجينة sp2 لذرة الكربون.

تختلف الألكينات عن الفئة السابقة من الهيدروكربونات في أن هناك نوعين فقط من المدارات تشارك في عملية التهجين: s وp. يتداخل الإلكترونان غير الهجينان المتبقيان في كل ذرة كربون في اتجاهين، مما يشكل رابطتين متعددتين. تتميز هذه الفئة من الهيدروكربونات بالحالة الهجينة sp لذرة الكربون.

خاتمة

من خلال تحديد نوع التهجين في الجزيء، من الممكن تفسير بنية المواد العضوية وغير العضوية المختلفة والتنبؤ المحتمل الخواص الكيميائيةمادة محددة.

تعليمات

خذ بعين الاعتبار جزيء أبسط الهيدروكربونات المشبعة، وهو الميثان. يبدو مثل هذا: CH4. النموذج المكاني للجزيء هو رباعي الاسطح. تشكل ذرة الكربون روابط مع أربع ذرات هيدروجين متماثلة تمامًا في الطول والطاقة. فيها، وفقًا للمثال أعلاه، يشارك 3 إلكترونات P و1 إلكترون S، والتي بدأ مدارها يتوافق تمامًا مع مدارات الإلكترونات الثلاثة الأخرى نتيجة لما حدث. يسمى هذا النوع من التهجين بالتهجين sp^3. إنها متأصلة في جميع النهايات.

لكن أبسط ممثل للمركبات غير المشبعة هو الإيثيلين. صيغته هي كما يلي: C2H4. ما نوع التهجين المتأصل في الكربون الموجود في جزيء هذه المادة؟ ونتيجة لذلك، يتم تشكيل ثلاثة مدارات على شكل "شكل ثمانية" غير متماثل يقع في نفس المستوى بزاوية 120 ^ 0 لبعضها البعض. تم تشكيلها بواسطة إلكترونات 1 – S و 2 – P. آخر ثالث ف - لم يعدل الإلكترون مداره، أي أنه بقي في شكل "ثمانية" عادية. يسمى هذا النوع من التهجين بالتهجين sp^2.

كيف تتشكل الروابط في الجزيء؟ دخل مداران مهجنان من كل ذرة في اتصال مع ذرتين من الهيدروجين. شكل المدار المهجن الثالث رابطة مع نفس المدار الآخر. والمدارات P المتبقية؟ لقد "انجذبوا" لبعضهم البعض على جانبي مستوى الجزيء. تكونت رابطة بين ذرات الكربون. وهي ذرات ذات رابطة "مزدوجة" وتتميز بـ sp^2.

ماذا يحدث في جزيء الأسيتيلين أم؟ صيغته هي كما يلي: C2H2. في كل ذرة كربون، يخضع إلكترونين فقط للتهجين: 1 -S و1 -P. ويحتفظ الإلكترونيان المتبقيان بالمدارات على شكل "ثمانية منتظمة"، متداخلة" في مستوى الجزيء وعلى جانبيه. ولهذا السبب يسمى هذا النوع من التهجين sp - التهجين. إنه متأصل في الذرات ذات رابطة ثلاثية.

الجميع كلماتالموجودة في لغة معينة، يمكن تقسيمها إلى عدة مجموعات. وهذا مهم في تحديد كل من المعنى والوظائف النحوية كلمات. وإسناده إلى جهة معينة يكتب، يمكنك تعديله وفقًا للقواعد، حتى لو لم يسبق لك رؤيته من قبل. أنواع العناصر كلماتيتعامل علم المعجم مع تكوين اللغة.

سوف تحتاج

• - نص؛
• - القاموس.

تعليمات

اختر الكلمة التي تريد تحديد نوعها. إن انتمائه إلى جزء أو جزء آخر من الكلام لا يلعب دورًا بعد، وكذلك شكله ووظيفته في الجملة. يمكن أن تكون أي كلمة على الإطلاق. إذا لم تتم الإشارة إليه في المهمة، فاكتب أول ما يصادفك. تحديد ما إذا كان يسمي شيئًا أو جودة أو إجراءً أم لا. لهذه المعلمة كل شيء كلماتوهي مقسمة إلى اسمية، وضميرية، وعددية، ومساعدة، وإقحامية. إلى الأول يكتبتشمل الأسماء والصفات والأفعال. وهي أسماء الأشياء والصفات والأفعال. النوع الثاني من الكلمات التي لها وظيفة تسمية هو الضمائر. القدرة على التسمية غائبة في المداخلة وأنواع الخدمة. هذه مجموعات صغيرة نسبيًا من الكلمات، لكنها موجودة لدى الجميع.

تحديد ما إذا كانت الكلمة المعطاة قادرة على التعبير عن المفهوم. هذه الوظيفة متاحة ل كلماتوحدات من النوع المسمى، لأنها هي التي تشكل السلسلة المفاهيمية لأي لغة. ومع ذلك، فإن أي رقم ينتمي أيضًا إلى فئة المفاهيم، وبالتالي يحمل أيضًا هذه الوظيفة. الكلمات الوظيفية تحتوي أيضًا على هذه الميزة، لكن الضمائر والمداخلات لا تحتوي عليها.

فكر كيف ستكون الكلمة لو كانت في جملة. هل من الممكن ذلك؟ يمكن أن تكون أي كلمة ذات معنى. لكن كلا من الرقم والرقم لهما هذا الاحتمال. لكن الرسمية كلماتيلعبون دورًا مساعدًا، فلا يمكن أن يكونوا الفاعل أو الأعضاء الثانويين في الجملة، تمامًا مثل المداخلات.

للراحة، يمكنك إنشاء جدول من أربعة أعمدة وستة صفوف. في الصف العلوي، قم بتسمية الأعمدة المناسبة "أنواع الكلمات"، و"التسمية"، و"المفهوم"، و"يمكن أن تكون جزءًا من جملة". في العمود الأيسر الأول، اكتب أسماء أنواع الكلمات، هناك خمسة منها. تحديد الوظائف التي تمتلكها كلمة معينة والتي لا تقوم بها. ضع الإيجابيات وفي الأعمدة المقابلة. إذا كانت جميع الأعمدة الثلاثة تحتوي على إيجابيات، فهذا نوع مهم. سوف تظهر الإيجابيات الضمنية في العمودين الأول والثالث، في الثاني والثالث. خدمة كلماتيمكنهم فقط التعبير عن مفهوم ما، أي أن لديهم علامة زائد واحدة في العمود الثاني. مقابل المداخلات في جميع الأعمدة الثلاثة سيكون هناك سلبيات.

فيديو حول الموضوع

التهجين هو عملية الحصول على هجن - نباتات أو حيوانات ناتجة عن تهجين أصناف وسلالات مختلفة. كلمة الهجين (hibrida) مع لغة لاتينيةترجمت على أنها "خليط".

التهجين: طبيعي وصناعي

تعتمد عملية التهجين على دمج المادة الوراثية من خلايا مختلفة من أفراد مختلفين في خلية واحدة. هناك تمييز بين النوع الداخلي والبعيد، حيث يحدث اتصال بين الجينومات المختلفة. في الطبيعة، حدث التهجين الطبيعي ويستمر حدوثه دون تدخل بشري. ومن خلال التهجين داخل أحد الأنواع تغيرت النباتات وتحسنت وظهرت أنواع وسلالات جديدة من الحيوانات. من وجهة النظر، يحدث تهجين الحمض النووي، احماض نووية، التغيرات على المستوى الذري وداخل الذرة.

في الكيمياء الأكاديمية، يشير التهجين إلى التفاعل المحدد للمدارات الذرية في جزيئات المادة. لكنها ليست حقيقية العملية الجسدية، ولكن مجرد نموذج افتراضي، مفهوم.

الهجينة في إنتاج المحاصيل

في عام 1694، اقترح العالم الألماني ر. كاميراريوس الإنتاج بشكل مصطنع. وفي عام 1717، عبر الإنجليزي تي فيرتشايلد لأول مرة أنواعًا مختلفة من القرنفل. اليوم، يتم إجراء التهجين بين النباتات من أجل الحصول على إنتاجية عالية أو أصناف مكيفة، على سبيل المثال، مقاومة للصقيع. يعد تهجين الأشكال والأصناف إحدى طرق تربية النباتات. وبهذه الطريقة تم إنشاء عدد كبير من الأصناف الحديثة من المحاصيل الزراعية.

أثناء التهجين البعيد، عندما يتم عبور الممثلين أنواع مختلفةويتم دمج الجينومات المختلفة، فإن الهجينة الناتجة في معظم الحالات لا تنتج ذرية أو تنتج تهجينًا منخفض الجودة. ولهذا لا فائدة من ترك بذور الخيار الهجين الناضجة في الحديقة وشراء بذورها في كل مرة من متجر متخصص.

تربية في الماشية

في العالم، يحدث أيضًا التهجين الطبيعي، سواء داخل النوع أو البعيد. كانت البغال معروفة للإنسان قبل ألفي عام من عصرنا. وفي أيامنا هذه يستخدم البغل والهيني أُسرَةكحيوان عامل رخيص نسبيا. صحيح أن هذا التهجين متعدد الأنواع، لذلك يولد الذكور الهجينة بالضرورة عقيمين. نادرًا ما تتمكن الإناث من إنجاب ذرية.

البغل هو هجين من الفرس والحمار. ويسمى الهجين الذي يتم الحصول عليه عن طريق تهجين الفحل والحمار بالهيني. يتم تربية البغال بشكل خاص. هم أطول وأقوى من هيني.

لكن تهجين كلب منزلي مع ذئب كان نشاطًا شائعًا جدًا بين الصيادين. وبعد ذلك، تم إخضاع النسل الناتج لمزيد من الاختيار، مما أدى إلى إنشاء سلالات جديدة من الكلاب. اليوم، يعد اختيار الحيوانات عنصرا هاما في نجاح صناعة الثروة الحيوانية. يتم إجراء التهجين بشكل هادف، مع التركيز على معلمات محددة.

التهجين المداري الذري هو عملية تسمح لنا بفهم كيفية تعديل الذرات لمداراتها عند تكوين المركبات. إذن ما هو التهجين وما هي أنواعه الموجودة؟

الخصائص العامة لتهجين المدارات الذرية

التهجين المداري الذري هو عملية يتم فيها خلط مدارات مختلفة للذرة المركزية، مما يؤدي إلى تكوين مدارات ذات خصائص متطابقة.

يحدث التهجين أثناء تكوين الرابطة التساهمية.

يحتوي المدار الهجين على احتمالات وجود علامة اللانهاية أو رقم مقلوب غير متماثل يساوي ثمانية، ممتدًا بعيدًا عن النواة الذرية. يؤدي هذا الشكل إلى تداخل أقوى للمدارات الهجينة مع المدارات (النقية أو الهجينة) للذرات الأخرى مقارنة بالمدارات الذرية النقية ويؤدي إلى تكوين روابط تساهمية أقوى.

أرز. 1. المظهر المداري الهجين.

تم طرح فكرة تهجين المدارات الذرية لأول مرة من قبل العالم الأمريكي L. Pauling. كان يعتقد أن الذرة التي تدخل في رابطة كيميائية لها مدارات ذرية مختلفة (مدارات s-، p-، d-، f)، ونتيجة لذلك، يحدث تهجين هذه المدارات. جوهر العملية هو أن المدارات الذرية المكافئة لبعضها البعض تتشكل من مدارات مختلفة.

أنواع التهجين المداري الذري

هناك عدة أنواع من التهجين:

• . يحدث هذا النوع من التهجين عندما يختلط مدار واحد مع مدار واحد. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل مدارين sp كاملين. وتقع هذه المدارات باتجاه نواة الذرة بحيث تكون الزاوية بينها 180 درجة.

أرز. 2. س التهجين.

• تهجين sp2. يحدث هذا النوع من التهجين عندما يختلط مدار واحد مع مدارين p. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل ثلاثة مدارات هجينة، والتي تقع في نفس المستوى بزاوية 120 درجة لبعضها البعض.
• . يحدث هذا النوع من التهجين عندما يختلط مدار واحد مع ثلاثة مدارات p. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل أربعة مدارات sp3 كاملة. يتم توجيه هذه المدارات نحو الجزء العلوي من رباعي الاسطح وتقع بزاوية 109.28 درجة مع بعضها البعض.

يعد تهجين sp3 من سمات العديد من العناصر، على سبيل المثال، ذرة الكربون والمواد الأخرى من المجموعة الرابعة (CH 4، SiH 4، SiF 4، GeH 4، إلخ).

أرز. 3. تهجين sp3.

من الممكن أيضًا حدوث أنواع أكثر تعقيدًا من التهجين الذي يتضمن مدارات d للذرات.

ماذا تعلمنا؟

التهجين هو عملية كيميائية معقدة تشكل فيها المدارات المختلفة للذرة مدارات هجينة متطابقة (مكافئة). تم التعبير عن نظرية التهجين لأول مرة بواسطة الأمريكي L. Pauling. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من التهجين: تهجين sp، تهجين sp2، تهجين sp3. هناك أيضًا أنواع أكثر تعقيدًا من التهجين تتضمن مدارات d.

تهجينتسمى عملية الخلط الافتراضية أنواع مختلفةولكن مدارات ذرة معينة متقاربة في الطاقة مع ظهور نفس العدد من المدارات الجديدة (الهجينة 1) المتطابقة في الطاقة والشكل.

يحدث تهجين المدارات الذرية أثناء تكوين الروابط التساهمية.

المدارات الهجينة لها شكل الرقم ثمانية غير المتماثل ثلاثي الأبعاد، ممدود بقوة على جانب واحد من النواة الذرية: .

يؤدي هذا الشكل إلى تداخل أقوى للمدارات الهجينة مع المدارات (النقية أو الهجينة) للذرات الأخرى مقارنة بالمدارات الذرية النقية ويؤدي إلى تكوين روابط تساهمية أقوى. لذلك، فإن الطاقة المستهلكة في تهجين المدارات الذرية يتم تعويضها بإطلاق الطاقة بسبب تكوين روابط تساهمية أقوى تتضمن مدارات هجينة. يتم تحديد اسم المدارات الهجينة ونوع التهجين من خلال عدد ونوع المدارات الذرية المشاركة في التهجين، على سبيل المثال: sp-, sp 2 -, sp 3 -, sp 2 د- أوsp 3 د 2 -تهجين.

يعتمد اتجاه المدارات الهجينة، وبالتالي هندسة الجزيء، على نوع التهجين. من الناحية العملية، عادة ما يتم حل المشكلة العكسية: أولاً، يتم تحديد هندسة الجزيء بشكل تجريبي، وبعد ذلك يتم وصف نوع وشكل المدارات الهجينة المشاركة في تكوينه.

sp -تهجين. اثنان هجين sp- ونتيجة للتنافر المتبادل، تقع المدارات بالنسبة إلى نواة الذرة بحيث تكون الزاوية بينهما 180 درجة (الشكل 7).

أرز. 7. الموقع المتبادل في مساحة اثنين sp- المدارات الهجينة للذرة الواحدة: أ -الأسطح التي تغطي مناطق من الفضاء حيث يكون احتمال وجود الإلكترون فيها 90%؛ ب -صورة مشروطة.

ونتيجة لهذا الترتيب للمدارات الهجينة، فإن الجزيئات ذات التركيب AX 2، حيث A هي الذرة المركزية، لديها هيكل خطيأي أن الروابط التساهمية للذرات الثلاث تقع على نفس الخط المستقيم. على سبيل المثال، في الدولة sp- من خلال التهجين، توجد مدارات التكافؤ لذرة البريليوم في جزيء BeCl 2 (الشكل 8). التكوين الخطي بسبب sp- الجزيئات BeH 2، Be (CH 3) 2، ZnCl 2، CO 2، HC≡N وعدد آخر لها أيضًا تهجين في مدارات التكافؤ للذرات.

أرز. 8. الجزيء الخطي الترياتومي لكلوريد البريليوم BeC1 2 (في الحالة الغازية): 1 - 3ص-مدار ذرة Cl؛ 2 - اثنين sp- المدارات الهجينة لذرة Be.

س ر 2 -تهجين. دعونا نفكر في تهجين واحد س- و اثنان ص-المدارات. في هذه الحالة، نتيجة لمزيج خطي من ثلاثة مدارات، تنشأ ثلاثة مدارات هجينة سر 2 -المدارات. وهي تقع في نفس المستوى بزاوية 120 درجة لبعضها البعض (الشكل 9). سر 2 - التهجين هو سمة من سمات العديد من مركبات البورون، والتي، كما هو موضح أعلاه، في الحالة المثارة لديها ثلاثة إلكترونات غير متزاوجة: واحد س- و اثنان ر-إلكترون. عند التداخل سر 2 - تشكل مدارات ذرة البورون مع مدارات الذرات الأخرى ثلاث روابط تساهمية متساوية في الطول والطاقة. الجزيئات التي تكون فيها مدارات التكافؤ للذرة المركزية في حالة سر 2 -التهجين، لها تكوين الثلاثي. الزوايا بين الروابط التساهمية هي 120 درجة. قادر سر 2 - التهجين هو مدارات التكافؤ لذرات البورون في جزيئات BF 3، BC1 3، وذرات الكربون والنيتروجين في الأنيونات CO 3 2 -، NO 3 -.

أرز. 9. الموقف المتبادل في الفضاء الثلاثة سر 2 - المدارات الهجينة.

س ر 3 -تهجين. المواد التي تحتوي الذرة المركزية فيها على أربعة منتشرة على نطاق واسع. سر 3 -المدارات الناتجة عن اتحاد خطي لواحد س- وثلاثة ر-المدارات. تقع هذه المدارات بزاوية 109˚28′ مع بعضها البعض وموجهة نحو رؤوس رباعي الاسطح الذي يقع في مركزه النواة الذرية(الشكل 10 أ).

تكوين أربع روابط تساهمية متساوية بسبب التداخل سر 3 -المدارات التي تحتوي على مدارات من ذرات أخرى تعتبر نموذجية بالنسبة لذرات الكربون والعناصر الأخرى من المجموعة IVA؛ وهذا يحدد البنية الرباعية السطوح للجزيئات (CH 4، CC1 4، SiH 4، SiF 4، GeH 4، GeBr 4، إلخ).

أرز. 10. تأثير أزواج الإلكترونات غير الرابطة على هندسة الجزيئات:

أ- الميثان (لا توجد أزواج إلكترونات غير مرتبطة)؛

ب- الأمونيا (زوج واحد من الإلكترونات غير الرابطة)؛

الخامس- الماء (زوجين غير مترابطة).

أزواج الإلكترون الوحيدة من المدارات الهجينة ليو . في جميع الأمثلة التي تم النظر فيها، كانت المدارات الهجينة "مأهولة" بإلكترونات مفردة. ومع ذلك، غالبًا ما تكون هناك حالات "يشغل" فيها المدار الهجين زوج من الإلكترونات. وهذا يؤثر على هندسة الجزيئات. بما أن زوج الإلكترون غير المترابط يتأثر بنواة ذرته فقط، وزوج الإلكترون المترابط يتأثر بنواتين ذريتين، فإن زوج الإلكترون غير المترابط يكون أقرب إلى نواة الذرة من الزوج المترابط. ونتيجة لذلك، فإن زوج الإلكترونات غير المترابطة يتنافر مع أزواج الإلكترونات الرابطة أكثر من تنافرها مع بعضها البعض. بيانياً، من أجل الوضوح، يمكن تمثيل القوة التنافرية الكبيرة المؤثرة بين أزواج الإلكترونات غير المرتبطة والمترابطة بواسطة مدار الإلكترون الأكبر للزوج غير المرتبط. يوجد زوج إلكترون غير مرتبط، على سبيل المثال، على ذرة النيتروجين في جزيء الأمونيا (الشكل 10). ب). نتيجة للتفاعل مع أزواج الإلكترونات الرابطة، تنخفض زوايا الرابطة H-N-H إلى 107.78° مقارنة بـ 109.5° المميزة لرباعي السطوح العادي.

تواجه أزواج الإلكترونات المترابطة تنافرًا أكبر في جزيء الماء، حيث تحتوي ذرة الأكسجين على زوجين من الإلكترونات غير المترابطة. ونتيجة لذلك، التكافؤ زاوية ن-ن-نفي جزيء الماء 104.5° (الشكل 10). الخامس).

إذا تحول زوج الإلكترون غير المرتبط، نتيجة تكوين رابطة تساهمية من خلال آلية المانح والمستقبل، إلى زوج ترابط، فإن القوى التنافرية بين هذه الرابطة والروابط التساهمية الأخرى في الجزيء تتساوى؛ تتم محاذاة الزوايا بين هذه الروابط أيضًا. يحدث هذا، على سبيل المثال، أثناء تكوين كاتيون الأمونيوم:

المشاركة في التهجين د -المدارات. إذا كانت الطاقة الذرية د- المدارات لا تختلف كثيرا عن الطاقات س- و ص-المدارات، ثم يمكنهم المشاركة في التهجين. النوع الأكثر شيوعا من التهجين الذي ينطوي على د- المدارات هي سر 3 د 2 - التهجين، ونتيجة لذلك يتم تشكيل ستة مدارات هجينة متساوية الشكل والطاقة (الشكل 11 أ) ، وتقع بزاوية 90 درجة لبعضها البعض وموجهة نحو رؤوس المجسم الثماني الذي تتوسطه النواة الذرية. المجسم الثماني (الشكل 11 ب) – هو مجسم ثماني منتظم: جميع أحرفه متساوية الطول، وجميع الوجوه مثلثات منتظمة.

أرز. أحد عشر. سر 3 د 2 - تهجين

أقل شيوعا سر 3 د- التهجين لتكوين خمس مدارات هجينة (الشكل 12). أ) ، موجهة إلى قمم الهرم الثنائي الثلاثي (الشكل 12 ب). يتكون الهرم الثنائي الثلاثي من خلال ربط هرمين متساوي الساقين بقاعدة مشتركة - مثلث منتظم. ضربات جريئة في الشكل. 12 بوتظهر حواف متساوية الطول. هندسيا وحيويا سر 3 د- المدارات الهجينة غير متساوية: ثلاثة مدارات "استوائية" موجهة نحو القمم مثلث منتظمواثنين "محوريين" - لأعلى ولأسفل متعامدين على مستوى هذا المثلث (الشكل 12) الخامس). الزوايا بين المدارات "الاستوائية" تساوي 120 درجة، كما في سر 2 - تهجين. الزاوية بين المدار "المحوري" وأي من المدارات "الاستوائية" هي 90 درجة. وبناء على ذلك، فإن الروابط التساهمية التي تتشكل بمشاركة المدارات "الاستوائية" تختلف في الطول والطاقة عن الروابط التي تشارك المدارات "المحورية" في تكوينها. على سبيل المثال، في جزيء PC1 5، يبلغ طول الروابط "المحورية" 214 مساءً، ويبلغ طول الروابط "الاستوائية" 202 مساءً.

أرز. 12. سر 3 د- تهجين

وبالتالي، باعتبار الروابط التساهمية نتيجة لتداخل المدارات الذرية، فمن الممكن تفسير هندسة الجزيئات والأيونات الناتجة، والتي تعتمد على عدد ونوع المدارات الذرية المشاركة في تكوين الروابط. مفهوم تهجين المدارات الذرية، من الضروري أن نفهم أن التهجين هو تقنية تقليدية تسمح لك بشرح هندسة الجزيء بوضوح من خلال مجموعة من AOs.

في عام 1930، طور سلاتر ول. بولينج نظرية تكوين الرابطة التساهمية بسبب التداخل المدارات الإلكترونية– طريقة سندات التكافؤ. تعتمد هذه الطريقة على طريقة التهجين، التي تصف تكوين جزيئات المواد نتيجة "خلط" المدارات الهجينة ("ليست الإلكترونات هي التي تمتزج، بل المدارات").

تعريف

تهجين- اختلاط المدارات ومحاذاة شكلها وطاقتها. وبالتالي ، عند خلط المدارات s- و p ، نحصل على نوع تهجين المدارات sp و s- و 2 p - sp 2 و s- و 3 p-orbitals - sp 3. هناك أنواع أخرى من التهجين، على سبيل المثال، sp 3 d، sp 3 d 2 وغيرها أكثر تعقيدا.

تحديد نوع تهجين الجزيئات ذات الرابطة التساهمية

يمكن تحديد نوع التهجين فقط للجزيئات ذات الرابطة التساهمية من النوع AB n، حيث n أكبر من أو يساوي اثنين، A هي الذرة المركزية، B هي الربيطة. فقط مدارات التكافؤ للذرة المركزية تخضع للتهجين.

دعونا نحدد نوع التهجين باستخدام مثال جزيء BeH 2.

في البداية، نكتب التكوينات الإلكترونية للذرة المركزية والليكاند ونرسم الصيغ الرسومية الإلكترونية.

تحتوي ذرة البريليوم (الذرة المركزية) على مدارات 2p شاغرة، لذلك، من أجل قبول إلكترون واحد من كل ذرة هيدروجين (يجند) لتشكيل جزيء BeH 2، فإنه يحتاج إلى الدخول في حالة مثارة:

يحدث تكوين جزيء BeH 2 بسبب تداخل مدارات التكافؤ في ذرة Be

* إلكترونات الهيدروجين موضحة باللون الأحمر، وإلكترونات البريليوم باللون الأسود.

يتم تحديد نوع التهجين من خلال تداخل المدارات، أي أن جزيء BeH 2 يكون في حالة تهجين sp.

بالإضافة إلى الجزيئات ذات التركيبة AB n، يمكن من خلال طريقة روابط التكافؤ تحديد نوع تهجين الجزيئات ذات الروابط المتعددة. دعونا نلقي نظرة على مثال جزيء الإيثيلين C 2 H 4 . يحتوي جزيء الإيثيلين على روابط مزدوجة متعددة، والتي تتكون من روابط و-. لتحديد التهجين، نكتب التكوينات الإلكترونية ونرسم الصيغ الرسومية الإلكترونية للذرات التي يتكون منها الجزيء:

6 ج 2 ق 2 2 ق 2 2 ع 2

تحتوي ذرة الكربون على مدار p شاغر آخر، وبالتالي، من أجل قبول 4 ذرات هيدروجين، فإنها تحتاج إلى الدخول في حالة مثارة:

مطلوب مدار p واحد لتكوين رابطة (مظللة باللون الأحمر)، حيث أن الرابطة تتشكل عن طريق تداخل مدارات p "نقية" (غير هجينة). مدارات التكافؤ المتبقية تدخل في التهجين. وبالتالي، فإن الإيثيلين في حالة تهجين sp2.

تحديد التركيب الهندسي للجزيئات

يمكن تحديد التركيب الهندسي للجزيئات، وكذلك الكاتيونات والأنيونات ذات التركيب AB n، باستخدام طريقة غيليسبي. تعتمد هذه الطريقة على أزواج التكافؤ من الإلكترونات. لا يتأثر التركيب الهندسي فقط بالإلكترونات المشاركة في تكوين الرابطة الكيميائية، ولكن أيضًا بأزواج الإلكترونات الوحيدة. في طريقة غيليسبي، يتم تحديد كل زوج وحيد من الإلكترونات بـ E، والذرة المركزية بالرمز A، والرابط بـ B.

إذا لم تكن هناك أزواج إلكترون وحيدة، فيمكن أن يكون تكوين الجزيئات AB 2 (بنية جزيئية خطية)، AB 3 (بنية مثلث مسطح)، AB4 (بنية رباعية السطوح)، AB 5 (بنية هرمية ثنائية ثلاثية) وAB 6 (بنية ثماني السطوح). بناء). يمكن الحصول على المشتقات من الهياكل الأساسية إذا ظهر زوج إلكترون وحيد بدلاً من الربيطة. على سبيل المثال: AB 3 E (البنية الهرمية)، AB 2 E 2 (البنية الزاويّة للجزيء).

لتحديد التركيب الهندسي (البنية) للجزيء، من الضروري تحديد تكوين الجسيم، الذي يتم من أجله حساب عدد أزواج الإلكترون المنفردة (LEP):

نيب = ( الرقم الإجماليإلكترونات التكافؤ - عدد الإلكترونات المستخدمة لتكوين روابط مع الروابط) / 2

الرابطة مع H، Cl، Br، I، F تتطلب إلكترونًا واحدًا من A، والرابطة مع O تأخذ إلكترونين، والرابطة مع N تأخذ 3 إلكترونات من الذرة المركزية.

دعونا نلقي نظرة على مثال جزيء BCl 3. الذرة المركزية هي B.

5 ب 1 ق 2 2 ق 2 2 ع 1

NEP = (3-3)/2 = 0، وبالتالي لا توجد أزواج إلكترونية وحيدة والجزيء له البنية AB 3 - مثلث مسطح.

التركيب الهندسي التفصيلي للجزيئات تكوين مختلفالمقدمة في الجدول. 1.

الجدول 1. التركيب المكاني للجزيئات

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1