محاضرة في الكيمياء اللاعضوية " التهجين ونظرية المدارات الجزيئية "

نظرية رابطة التكافؤ

الروابط سيجما

تتكون الروابط التساهمية الاحادية من التداخل الخطي بين مدارين ذريين مثل مداري في الهيدروجين

تنتج من التداخل الجانبي بين مداري P  متوازين

نظرية المدارات الجزيئية

ينشأ عن اتحاد مدارات التكافؤ الذرية نوعان من المدارات الجزيئية هما مدارات رابطة ومدارات غير رابطة  نتيجة التداخل البناء وغير البناء للموجات الالكترونية في تلك المدارات الذرية.ويوضح الشكل التالي كيفية تكون المدارات الجزيئية في جزئ الهيدروجين نتيجة التداخل بين مداري 1S

المدارات الجزيئية التي تنتج من تداخل مدارات P

1-التداخل الخطي (تكون روابط سيجما الرابطة وغير الرابطة)

2-التداخل الجانبي (تكون روابط باي الرابطة وغير الرابطة)

رتبة الرابطة تبعاً لنظرية المدارات الجزيئية : تعطى بالمعادلة التالية : رتبة الرابطة =  

  ( مجموع الإلكترونات في المدارات الرابطة - مجموع الإلكترونات في المدارات المضادة للربط) ÷ 2

2

 التهجين  

هو عبارة عن تداخل أو خلط المدارات لذرات مختلفة أو متشابهة في الحالة مثارة.

1- التهجين من النوع SP:

مثال : هيدريد البريليوم BeH₂

1-  كتابة التوزيع الالكتروني لغلاف التكافؤ بطريقة مخطط المدار

2-  تتحول الذرة الي الحالة المثارة

3-   يحدث تهجين بين مدار  sومدارp  وينتج مدارين مهجنين   spالزاوية بينهما 180درجة

تنشا الرابطة بين ذرة البريليوم وذرة الهيدروجين من التداخل بين المدار المهجن   sp     في البريليوم ومدار  1s في الهيدروجين

زاوية الربط 180 درجة

2- التهجين من نوع sp²

       مثال  فلوريد البورون BF₃

1-  غلاف التكافؤ في الحالة المستقرة

2-غلاف التكافؤ في الحالة المثارة

3- تهجين مدارs   ومداري p   يننتج ثلاث مدارات sp2  مهجنة متماثلة في الشكل والطاقة والزاويا بينها 120 درجة

BF3 

3-  التهجين SP³

مثال : الميثان CH₄

1-  غلاف التكافؤ في الحالة المستقرة

2-  غلاف التكافؤ في الحالة المثارة

3- تهجين مدارs   وثلاث مدارات  p   يننتج أربعة مدارات sp3  مهجنة متماثلة في الشكل والطاقة والزاويا بينها 109.5 درجة

اربعة مدارات مهجنة sp3 الزوايا بينها 109.5 درجة

4-    تتكون اربعة روابط بين ذرة الكربون واربعة ذرات هيدروجين نتيجة التداخل بين مدار sp3في الكربون ومدار 1s في الهيدروجين

الميثانCH₄

•                     الرابطة التناسقية

عبارة عن رابطة تساهمية تساهم فيها إحدى الذرتين بالزوج الالكتروني الرابط بينما يقتصر دور الذرة الأخرى على المساهمة بمجال فارغ .

• مثال1 : في تفاعل النشادر مع كلوريد الهيدروجين لانتاج ملح كلوريد الأمونيوم تتكون رابطة تناسقية بين ذرة النيتروجين في النشادر وذرة الهيدروجين في كلوريد الهيدروجين .

         

•  فالرابطة التناسقية تتكون بين ( ذرة مانحة ) تتكون عليها شحنة موجبة و ( ذرة مستقبلة ) تتكون عليها شحنة سالبة ويشار إلى الرابطة التناسقية عادةً بسهم يتجه من الذرة المانحة إلى الذرة المستقبلة .

 وحقيقة ما حدث في التفاعل السابق هو ارتباط جزيء النشادر بالبروتون ليتكون أيون الأمونيوم

•  مثال2 : عند إذابة غاز كلوريد الهيدروجين في الماء لتكوين حمض الكلور تتكون رابطة تناسقية بين ذرة الأكسجين في الماء وذرة الهيدروجين في كلوريد الهيدروجين .

•   وهنا تكون ذرة الأكسجين هي الذرة المانحة وذرة الهيدروجين الذرة المستقبلة 

.

مثال 3 : في تفاعل النشادر مع ثالث فلوريد البورون تتكون رابطة تناسقية بين ذرة النيتروجين ( المانحة ) وذرة البورون ( المستقبلة)

•    وتسمى المركبات الحاوية للراوبط التناسقية بالمركبات التناسقية ، والجدير بالذكر أن معظم العناصر الانتقالية ترتبط بروابط تناسقية وتكوّن هذا النوع من المركبات .

الرنين :  

هو عبارة عن رسم أكثر من شكل رنيني من أشكال لويس للجزيء أو للأيون حيث وكلما زادت عدد الأشكال الرنينية زاد ثبات المركب. خاصة عندما تكون الأشكال الرنينية متشابهة

 نظرية تنافر أزواج إلكترونات التكافؤ (VSEPR) :

في المركبات الكيميائية يوجد قوى تنافر بين أزواج الإلكترونات في مدارات التكافؤ بالإضافة إلى التنافر الناشئ فيما بين أزواج الإلكترونات الحرة مما يؤدى إلى زيادة الزاوية بينها ويترتب على ذلك حدوث اقتراب بين المجموعات المتصلة بالذرة المركزية في المركب أي تقل الزاوية بينها ، وعلية يتم مراعاة ذلك حين رسم الشكل الهندسي للمركب الكيميائي ، وما يلي يوضح ذلك :

•      الرابطة المعدنية(الرابطة الفلزية)   

هي تلك الروابط القوية التي تربط بين ذرات الفلز ( المعدن ) نتيجة تواجد الفلز في الحالة الصلبة كبحرٍ من الشحنات الموجبة ( الأنوية ) تتحرك بينها الالكترونات بحرية وتنتقل من ذرة إلى أخرى .

•  وترجع الكثير من خصائص الفلزات الطبيعية إلى طبيعة هذه الرابطة فالتوصيل الكهربي والتوصيل الحراري للفلزات سببه هو حركة الالكترونات الحرة بين الذرات .

•  الروابط الفيزيائية

1-الرابطة الهيدروجينية

• عبارة عن تجاذب كهربي ضعيف بين جزيئات المركب التساهمي القطبي المحتوي على ذرة هيدروجين .متصلة بذرة ذات سالبية كهربية عالية مثل الفلور والاكسجين والنيتروجين

مثال : الرابطة الهيدروجينية في الماء 

الروابط الهيدروجينية في الماء

•    وكما يتضح من المثال فإن الرابطة الهيدروجينية تربط الجزء السالب ( ذرة ذات سالبية كهربية عالية ) في جزيء المادة بالطرف الموجب ( ذرة هيدروجين ) في جزيء أخر .

2- روابط فان در فال:

تنشا نتجة الاستقطاب المؤقت في الجزيئات غير القطبية نتيجة التنافر بين السحابات الالكترونية في الجزيئات المختلفة.

3- التجاذب بين الاقطاب المختلفة:

تنشأ نتيجة التجاذب بين الاقطاب المختلفة في المركبات القطبية

- الظاهرة البارا مغناطيسية : هي احتواء الذرة أو الجزيء على إلكترونات مفردة في مدار

التكافؤ الأخير

-  الظاهرة الداي مغناطيسية: هي احتواء الذرة أو الجزيء على إلكترونات مزدوجة في مدار

 التكافؤ الأخير.