التهجين في الكربون ( hybridization of carbon )
ما هو التهجين ؟
التهجين مصطلح ارتبط ارتباطاً وثيقاً بعلم الأحياء وبالذات في دروس الوراثة وموضوعات تحسين النسل ،
وكما هو معروف فإن المقصود بالتهجين في علم الأحياء هو عملية تزاوج تتم بين سلالتين ذات صفات معينة
للحصول على سلالة جديدة ذات صفات أكثر جودة .
أما التهجين في الكيمياء فيقصد به بالطبع شيء آخر _
وإن كان هناك تقارب في المفهوم العام _
وهو عملية الحصول على مجالات ذرية جديدة في ذرة عنصر ما نتيجة دمج مجالات ذرية معينة
موجودة في مستوى طاقة معين .
ففي ذرة الكربون مثلاً يمكن أن يحدث ثلاثة أنواع من التهجين ، يتم في النوع الأول دمج مجال
واحد من نوع S مع ثلاث مجالات من نوع P في مستوى الطاقة الرئيسي الثاني ليتكون
أربع مجالات مهجنة جديدة من نوع SP3 .
وفي النوع الثاني يندمج مجال واحد من نوع S مع مجالين من نوع P ليتكون ثلاث مجالات مهجنة
من نوع SP2 .
وفي النوع الثالث يندمج مجال واحد من نوع S مع مجال واحد من نوع P ليتكون مجالين مهجنين من نوع SP .
ومن المهم أن نشير هنا إلى أن عملية التهجين هذه تتم داخل ذرة العنصر عند دخولها التفاعل الكيميائي
وبإرادة الله عز وجل دون تدخل من الكيميائي الذي يقوم بإجراء التفاعل كما يتوهم البعض .
وقبل أن نبدأ في تفصيل ما أجمل سابقاً حول التهجين في ذرة الكربون من المهم أن نتعرف على بعض الحقائق
التي اثبتتها دراسة أشعة X والتي تمت على بعض الجزيئات فعلى سبيل المثال
وجد أن جميع الروابط التي تربط بين الكربون والهيدروجين في جزيء الميثان روابط متشابهة
والزاوية بينهاتساوي 109.5 درجة ، بينما الزوايا في الايثيلين 120 درجة وفي الاسيتلين 180درجة
.وفيما يلي تفصيل لعملية التهجين في الكربون :
أولاً : التهجين في ذرة الكربون المشبعة ( في الالكانات ) .
من المعروف أن التوزيع الالكتروني العادي لذرة الكربون ذات الستة الكترونات هو :
1S2 2S2 2P2
ووفق قاعدة هند يصبح التوزيع الالكتروني للكربون كالتالي :
1S2 2S2 2Px1 2Py1
السؤال الآن هل يمكن لذرة الكربون في الميثان مثلاً أن ترتبط بالهيدروجين وفق هذا التوزيع ؟
الجواب بالطبع لا … لأن ذرة الكربون هنا تحتوي على مجالين نصف ممتلئين فقط
ولو ارتبطت بهذا التوزيع مع الهيدروجين لتكون لنا جزيء صيغته CH2 . وهذا الجزيء لا وجودله .
ولكي ترتبط ذرة الكربون بأربعة ذرات هيدروجين وتكون جزيء الميثان يجب أن يكون هناك أربعة مجالات
نصف ممتلئة يحوي كل مجال الكترون واحد .
هذا الكلام معقول إذاً المشكلة الآن هو لابد من توفر أربعة مجالات نصف ممتلئة بالالكترونات
وهذا ممكن فبالامكان أن ينتقل الكترون من المجال 2S إلى المجال 2P لتتكون ذرة كربون مثارة
بحيث تتوزع فيها الالكترونات كالتالي :
1S2 2S1 2Px1 2Py1 2Pz1