مزايا الأفلاك الهجينة

    تختلف الاتجاهات الفراغية للأفلاك الهجينة عن الاتجاهات الفراغية للأفلاك الذرية العادية (انظر الشكل ) .

      -  يتكون الفلك الهجين من قسمين أحدهما أكبر من الآخر , لذلك يستطيع    أن  يتدخل بشكل جيد في اتجاه واحد فقط . إنه إذن ذو خواص اتجاهية قوية     (انظر الشكل ) .

 - يتمدد الفلك الهجين مبتعدا عن النواة , لذلك تكون قدرته على الربط أكثر من    الفلك العادي محدودية بسبب كونه أكثر قربا من النواة .
 - تكون طاقة الأفلاك المهجنة أقل من طاقة الأفلاك التي نتجت منها . 
 - يكون عدد الأفلاك المهجنة مساويا لعدد الأفلاك الذرية التي امتزجت مع     بعضها .

1- تهجين sp³  : لقد درسنا مثال CH₄ فيما سبق ويمكنك الآن أن تدرس مثالا آخر هو SiH₄ . أجب عن الأسئلة التالية لتفهم هذا المثال :

أ- اكتب التوزيع الإلكتروني لذرة Si (العدد الذري له 14) مفصلا إلكترونات المستوى الأخير .

ب- اكتب التوزيع الإلكتروني لذرة i14Si  بعد التهجين .

ج- اكتب التوزيع الإلكتروني لذرة الهيدروجين i1H

 د- اكتب أسماء الأفلاك المشتركة في تكوين الرابطة Si - H .

 هـ- ارسم الشكل الهندسي للجزيء SiH4 .

دراسة جزيء النشادر (الأمونيا) NH₃

أ-ما الذرة المركزية في جزيء النشادر ؟

ب-اكتب التوزيع الإلكتروني لذرة النيتروجين (الذرة المركزية ) .

ج- إذا حدث في هذه الذرة تهيجينا من نوع sp3 فاكتب التوزيع للإلكترونات الخارجية بعد التهجين .

د- يحدث الترابط بين فلك i1s لكل ذرة من ذرات الهيدروجين الثلاث وثلاثة من أفلاك sp3 في ذرة النيتروجين , أما الفلك الرابع فلا يشترك في الربط (لماذا ؟). 

هـ- اكتب صيغة NH₃  بطريقة لويس موضحا طريقة الارتباط .

و- ما شكل جزيء الأمونيا الفراغي ؟ إنه هرم ثلاثي وهو حالة خاصة من رباعي الأوجه المنتظم وذلك لوجود زوج إلكتروني مزدوج ولم يشترك في الربط (انظر الشكل) .

 ز- يتضح من الشكل أعلاه جميع الروابط هي من نوع سكما وأن وجود الإلكترونين المزدوجين وغير المرتبطتين على الفك sp³  الرابع يكمل رباعي الأوجه المنتظم. يسمى زوج الإلكترونات غير المرتبط باسم "الزوج الطليق" .

دراسة جزيء الماء H₂O

الذرة المركزية في الماء هي ذرة الاوكسيجين وتوزيعها الإلكتروني هو  

يحدث تهجين sp³ في هذه الذرة وينتج أربع مدارات هجينة , وهذا هو توزيع الإلكترونات فيها :

       يحدث الترابط بين ذرتي الهيدروجين وفلكي sp³  اللذين يحويان الإلكترونين المنفردين, أما الفلكان الآخران فهما ممتلئين , إذن يوجد في جزء الماء زوجان طليقان من الإلكترونات . يفسر هذا واقع جزيء الماء وهو زاوي الشكل وزاوية الربط فيه حوالي ^o104.5  , وهو حالة خاصة أيضا , أما إذا أخذنا الزوجين الطليقين بعين الاعتبار فالشكل هو رباعي الأوجه المنتظم لمعرفة شكل جزيء الماء (انظر الشكل ) . 

من الواضح أن الروابط من نوع سكما .

سؤال (1) : اضرب ثلاثة أمثلة لمركبات يحدث فيها تهجين sp³ .

(2) : لماذا تختلف الزاوية بين مركب وآخر من تلك التي يوجد في ذرتها المركزية تهجين من نوع sp³ .

2- تهجين sp²

مثال (1) : لندرس الآن جزيء فلوريد البورون BF₃ ولنجب عن الأسئلة التالية

أ‌-    ما هو التوزيع الإلكتروني لذرة البورون (الذرة المركزية) :

ب‌-   من الواضح أن عدد الإلكترونات المنفردة في هذا التوزيع هو إلكترون واحد . إذن من المتوقع أن يكون البورون مركبات يكون فيها أحادي الذرية , ولكنه لا يشكل هذا النوع من المركبات , بل إن مركباته ثلاثية الذرية كما يتضح من المثال المعطى BF₃ . إذن لابد أفلاكه تحوي ثلاث إلكترونات منفردة .

ج- ما التهجين الذي يحدث في ذرة البورون ؟

إن الأفلاك المهجنة هي أفلاك p,s ويحدث التهجين بين فلك s واثنين من أفلاك p الثلاثة , ويبقى فلك p  الثالث دون تهجين , وهكذا يصبح التوزيع الإلكتروني لذرة البورون المهجنة هو

ينتج عن هذا التهجين ثلاثة أفلاك من نوع sp²  متكافئة في طاقتها , وتتجه نحو رؤوس مثلث متساوي الأضلاع وزاوية الربط فيها ^o120   , (انظر الشكل ) .

د- أما ذرة الفلور فتوزيعها الإلكتروني :

 وتحوي إلكترون واحد منفرد : تتقدم ثلاث ذرات من الفلور ويرتبط فلك p, ذو الإلكترون المنفرد في كل واحده منها برابطه سكما (رابطة لها نفس اتجاه المحور بين النواتين) مع أحد أفلاك sp² الثلاث وتقوم الذرتين الأخريين بعمل مشابه , وينتج مركب BF₃ ذو الروابط الثلاث المتكافئة والتي تتجه نحو رؤوس مثلث مستوى متساوي الأضلاع وزاوية الربط فيها ^o120    (انظر الشكل ) . وهو الشكل الحقيقي والواقعي لهذا الجزيء .

مثال (2) : جزيء C₂H₄

هذا الجزيء له شكل مثلث مستوي وزاوية الربط فيه ^o120 , إذن لابد أن تهجين  من نوع sp² يحدث في ذرة الكربون :

يحدث الترابط بين ذرتي هيدروجين (فلك i1s) مع فلكين من أفلاك sp² في ذرة الكربون , أما الفلك الثالث فيرتبط مع الفلك الثالث في ذرة الكربون الثانية . إذن تتشكل ثلاث روابط من نوع سكما . أما الرابطة المزدوجة الثانية بين ذرتي الكربون فتنشأ عن تداخل مداري p مع بعضهما باتجاه عمودي على الخط الواصل بين نواتي الذرتين .

3- تهجين sp  

مثال (1) : مركب فلوريد البيريليوم BeF₂

أ-ما التوزيع الإلكتروني i₄Be  ؟

حسب هذا التوزيع لا يوجد أي إلكتروني منفرد في ذرة البيريليوم . ولكن مركب BeF₂ مركب جزيئي معروف , إذن يوجد إلكترونات منفردان في ذرة البيريليوم و يفسر العلماء هذا بحدوث تهجين في ذرة البيريليوم بين فلك _i2s وأحد أفلاك i2p ويصبح التوزيع كما يلي:

هذان الفلكان (sp) خطيان وزاوية الربط بينهما إذن = ^o180   ( انظر الشكل ).

من الأمثلة على هذا النوع من التهجين الأسيتلين C₂H₂  , و BeH₂ وغيرها .