يعتبر نوع التهجين في جزيء الماءهو تهجين مداري sp3، ويرجع ذلك لعدة أسباب وهي كالآتي:
فتمتلك ذرة الأكسجين زوجان وحيدان من الإلكترونيات، وكذلك رابطان مع ذرات الهيدرجين.
ومن ثم ينتج أجمالي أربع مناطق ذات كثافة عالية وذلك حول ذرة الأكسجين.
وفي حالة الجمع بين هذه المدارات، فأنها تخلق أربعة مدرات هجينية، متواجدة في جزئ الماء، أثنان من المدارات الهجينية التي يشغلها أزواج وحيدة.
وكذلك أثنان يستخدموا في الترابط مع ذرات الهيدروجين، وذلك نظراً لأن الأزواج المنفردة لا تساهم في هندسة الجزيء.
ونتيجة لتنافر H2O، فأن الزوج المنفرد يعد أكثر من الزوج الوحيد، كما أن الزاوية تصبح، 104.5 درجة وتعتبر هذه الزاوية، أقل من الزاوية رباعية السطوح.
وكذلك نتيجة للترابط الهيدروجيني، بينة جزيئات الماء، فتكون الصورة الصلبة أقل كثافة من الصورة السائلة.
كما أن درجة غليانه تصبح 100 درجة مئوية، ويعد ذلك مرتفع نسبياً بالنسبة لكتلتها المولية.
ويعتبر جزئ الماء هو أحد الأمثلة على تجمع ذرات متعددة لتكوين جزئ واحد، حيث أن جزئ الماء يتكون من ذرة أكسجين واحدة وذرتين هيدروجين.
كما نلاحظ وجود أربعة أزواج إلكترونية حول جزئ الأكسجين، ومن ثم سوف تتوزع الأزواج الإلكترونية في أركان هرم رباعي ومن ثم يصبح التهجين من نوع Sp3.
ولذا فنحن بحاجة إلى أربعة مدارات متساوية في الطاقة، حيث يحتوي على مدارين منها على إلكترون مفرد.
معنى التهجين
في سياق ذكر ما هو نوع التهجين في جزيء الماء، فسوف نذكر كذلك من خلال السطور القادمة، ما هو معنى التهجين وذلك فيما يلي:
يعرف التهجين، بأنه الخلط مداريين ذريين بنفس مستوى الطاقة بها، وذلك لاستنتاج نوع جديد من المدارات المتدهورة، ومن الممكن أن تتداخل المدارات الذرية للذرات معاً.
كما أنها تكون مدارات مهجنة لها العديد من الأشكال المختلفة عن المدارات الذرية العادية.
تجدر الإشارة أن مفهوم تهجين المدارات الذرية، ساعد العلماء والكيمائيون بصورة كبيرة في فهم سبب احتواء الجزيئات.
مثل الميثان الذي يحتوي على أربعة روابط تساهمية، بين الكربون والهيدروجين، وذلك على الرغم من أن ذرات الكربون تحتوي على الكرتونان منفردين فقط في الغلاف الفرعي p.
وقد ساعد مفهوم التهجين كذلك على فهم الاختلاف الكبير بين روابط الكربون في كل من الإيثين والإيثاين.
كما ساعد مفهوم التهجين في معرفة ما هو سبب ارتباط الاشكال الهندسية للجزيئات ارتباطا وثيقاً بعدد روابط سيجما وباي وبين ذرات الكربون في المركبات العضوية.
ومن الجدير بذكره أن العالم لينوس بولينج يعد من أوائل العلماء الذي بدأوا في وصف التهجين، وكذلك تداخل الأنواع المختلفة من مدارات الترابط.
وذلك من خلال نشر الأوراق البحثية المميزة، حول موضوع نظرية التكافؤ في النصف الأول من القرن العشرون.
حيث أوضحت هذه الأبحاث، كيفية استخدام مفهوم مدارات الترابط الذرية والمهجنة، لتقديم الشرح الدقيق، الذي يصف خواص الترابط لكافة الجزيئات بصورة تقريبه.
ويشمل ذلك على الجزيئات ثنائية الذرة مثل الهيدروجين والمركبات العضوية الأكبر مثل سيانيد الأستيل، (Ch3cocn).
ما هي خصائص التهجين؟
بعد أن ذكرنا في الفقرة السابقة، ما هو معنى التهجين، فسوف نذكر كذلك من خلال هذه الفقرة، ما هي خصائص التهجين، وذلك على النحو الآتي:
تتشكل المدارات الهجينية، عند حدوث الترابط التساهمي، حيث أنها لا يمكن أن تتكون في ذرات معزولة.
كما أن أشكال واتجاهات المدارات الهجينة تختلف عن المتواجد في الذرات المعزولة.
وتتكون المدرات الهجينية، نتيجة لمزج من المدارات الذرية، من ثم يمكن الحصول على العدد الإجمالي للمدارات الهجينية، من خلال حساب عدد المدارات الذرية المركبة.
وتخلط المدرات الذرية ذات الطاقة المتشابهة معا، وذلك مثل خلط أثنين من المدارات s او مداريان p، أو خلط مدارs مع مدارp.
ومن الجدير بذكره أن كافة المدارات الهجينة التي تنتمي لمجموعات معينة، يكون لها ذات الشكل والطاقة.
وتعد هندسة زوج الإلكترونيات للجزيء، هي العامل الحاسم في نوع التكوين المداري الهجين الذي سيحدث.
والمدرات الهجينية، تتداخل وتشكل روابط سيجما مع بعضها البعض.
ويعد تهجين الماء هو نتيجة للجمع بين الوظائف المتواجدة لمدارات التكافؤ للأكسجين والهيدروجين.
أما عن المدارات الذرية ذات الطاقات المتساوية فتخضع للتهجين.
ويعتبر عدد المدارات الهجينة المتكونة يساوي عدد المدارات الذرية المختلطة.
ويحدث التهجين فقط أثناء الرابط وليس في ذرة غازية معزولة.
ويعتبر دائما للفص الأكبر في المدار الهجين علامة موجبة، أما الفص الأصغر على الجانب الآخر فيحتوي على علامة سالبة.
ويعتبر ليس من الضروري مشاركة المدارات نصف الممتلئة في التهجين فقط، ولكن من الممكن أن تتشارك المدرات المملؤة بصورة كاملة مع طاقات متنوعة بصورة قليلة.
ما هي أنواع التهجين؟
للتهجين أربعة أنواع، وهما التهجين SP، التهجين SP2 والتهجين SP3d و التهجين SP3D2 وسوف نذكر من خلال النقاط التالية خصائص كل نوع وذلك كالآتي:
التهجين SP
وهذا النوع يحدث، في حالة وجود مدار واحد s، ومدار واحد p، في ذات الغلاف الرئيسي لمزيج ذرة لتشكيل مدارتين متكافئتين جديدتين، فتسمى المدارات الجديدة المتكونة من Sp تعرف باسم المدرات المهجنة.
التي تشكل جزيئات بزاوية 180 درجة، كما أن هذا النوع من التهجين يتضمن خلط مدار مداري واحد p، لإعطاء مدار هجين، يعرف باسم مدار Sp هجين، ويطلق على هذا النوع من التهجين أسم التهجين القطري.
كما من أمثلة التهجين Sp ، هي جميع مركبات البريليوم مثل 2K BeCL ’ B2 ’ BEF2 ،
وكذلك من أمثلته كافة مركبات الرابطة الثلاثي التي تحتوي على الكربون مثل مركب C2H2.
الذي يحتوي على مهجن على عدد متساوي من الحرفين S و P ، أي يحتوي كلا منهم على نسبة 50 % من p و S .
التهجين SP2
وهذا النوع من التهجين يحدث عندما يكون هناك مداري واحد s، وأثنان من p، من ذات الغلاف لمزيج ذرة لتشكيل 3 مدارات مكافئة، تسمى بالمدارات الجديدة المتكونة من sp2.
المعروفة باسم المدارات الهجينة، كما يسمي الجسر HY2 كذلك بالتهجين ثلاثي الزوايا، وهو نوع من التهجين المنطوي على خلط مداري واحد S ومدارين P، وذلك لا عطاء مدار هجين جديد يعرف باسم SP2.
ومن الجدير بذكره أن كافة المدارات الهجينة الثلاثة تظل في مستوى واحد مكونة زاوية مقدارها 120 درجة.
وتعتبر مكونات البورون مثال على ذلك النوع من التهجين، بالإضافة إلى كافة مركبات الكربون التي تحتوي على رابطة كربون مزدوجة.
التهجين SP3d
وهذا النوع من التهجين يضمن خلط مدارين 3P مع المدار 1D، وذلك لتشكيل 5 مدارات هامة ذات طاقة متساوية SP3D، وذلك لتشكل تناظر ثلاثي الزوايا ثنائي هرمي.
كما توجد ثلاث مدارات هجينة في المستوى الأفقي المائل بزاوية 120 درجة، حيث تسمى باسم المدارات الاستوائية.
أما المداران المتبقيان عند مستوي 90 درجة يعرفا باسم. المدارات المحورية، ومن أمثلة هذا النوع من التهجين، التهجين في خماسي كلوريد الفسفور.
التهجين SP3D2
وهذا النوع من التهجين يحتوي على مدارات 2D ,3P ,1S. وتوجه هذه المدارات الستة نحو زوايا المجسم الثماني، كما يميلان بزاوية 90 درجة نحو بعضهما البعض
