Main menu

Pages

أشفاع الالكترونات غير المشترك بها - Unshared pairs of electrons

أشفاع الالكترونات غير المشترك بها  -   Unshared pairs of electrons




الكيمياء العضوية

القسم الأول

12- أشفاع الالكترونات غير المشترك بها  -   Unshared pairs of electrons

يظهر المركبان المألوفان الأمونيا 3NH، والماء H20، كيف تؤثر اشفا ع الالكترونات غير المشترك بها في البنية الجزيئية .

يظهر المركبان المألوفان الأمونيا 3NH، والماء H20، كيف تؤثر اشفا ع الالكترونات غير المشترك بها في البنية الجزيئية .


يشبه التروجين في الأمونيا الكربون في الميتان؛ فتهجين النتروجين هو sp3، ولكن نرى من الجدول (11) أن النتروجين لا يملك سوى ثلاثة الكترونات غير متزاوجة، تحتل ثلاثة مدارات هجينة  sp3، ويؤدي التراكب بين كل مدار من هذه المدارات الثلاثة مع مدار و لذرة هيدروجين، إلى تشكيل الأمونيا (الشكل 12.1 ). أما المدار الرابع sp3 للنتروجين فيحتوي على زوجين من الالكترونات.

يشبه التروجين في الأمونيا الكربون في الميتان؛ فتهجين النتروجين هو sp3، ولكن نرى من الجدول (11) أن النتروجين لا يملك سوى ثلاثة الكترونات غير متزاوجة، تحتل ثلاثة مدارات هجينة  sp3، ويؤدي التراكب بين كل مدار من هذه المدارات الثلاثة مع مدار و لذرة هيدروجين، إلى تشكيل الأمونيا (الشكل 12.1 ). أما المدار الرابع sp3 للنتروجين فيحتوي على زوجين من الالكترونات.


وإذا ما أريد تحقيق تراكب أعظمي أي تحقيق قوة ربط عظمي، يجب على نوى الهيدروجين التوضع في ثلاثة من رؤوس رباعي الوجوه الأربعة في حين الرأس الرابع يشغله زوجا الالكترونات غير المشترك بهما. وإذا أخذنا بالحسبان النوى الذرية فقط، يمكننا أن نتوقع بنية الأمونيا على أنها على هيئة هرم يقع الآزوت عند القمة في حين تقع ذرات الهيدروجين عند الرؤوس الثلاثة للقاعدة المثلثية. ويجب أن تكون قيمة زاوية الترابط هي زاوية رباعي الوجوه5 .109

وقد وجد تجريبيا أن الأمونيا لها هيئة هرمية حسبت بوساطة ميكانيك الكم. ووجد أن زاوية الترابط تساوي 2107، أي أقل بقليل من القيمة المتنبأ بها، لقد اقترح أن ذلك يرجع إلى أن زوجي الالكترونات غير المشترك بهما يحتل حيز من الفراغ أكبر من الحيز الذي تحتله أي ذرة من ذرات هيدروجين. وهكذا فإنهما (أي زوجي الالكترونات) يميلان إلى ضغط زوايا الترابط قليلا. إن طول الرابطة نتروجين - هيدروجين يساوي A1.01 ؛ وتحتاج هذه الرابطة إلى كمية من الطاقة قدرها 103 کیلو حريرة مول كي تتحطم.

إن المدار 3sp، المشغول بزوجي الالكترونات غير المشترك بهما، هو منطقة ذات كثافة الكترونية عالية، وأن هذه المنطقة تعد مصدرا للالكترونات بالنسبة للذرات والجزيئات الباحثة عن الالكترونات، وهذا ما يعطي الأمونيا صفاتها الأساسية. الفقرة 22. 1. هناك نشكيلان الكترونيان آخران ممکنان لجزيء الأمونيا، ولكن لا ينطبق أي منهما مع الواقع.
-         لما كان النتروجين يرتبط مع ثلاث ذرات أخرى، كان من الممكن تصويره وفق التهجين sp2، كما هو الحال مع البور في ثلاثي فلوريد البور. غير أن الأمونيا ليس جزيئا مستويا، لذلك يجب رفض هذه الإمكانية. إن زوجي الالكترونات غير المشترك بهما في ذرة النتروجين هما ما يحدث الاختلاف بین 3NH و BF3، إذ من اللازم أن يبقى هذان الالكترونان بعيدين عن الالكترونات الموجودة في الروابط نتروجين - هيدروجين، ولا يحقق ذلك سوى الهيئة الرباعية الوجوه.
-         وكان من الممكن تصویر النتروجين مستخدما المدارات p في عملية التراكب، لأنها تستطيع أن توفر الالكترونات غير المتزاوجة الثلاثة اللازمة. ولكن هذا الأمر سيعود إلى زاوية ترابط قيمتها 90ه - لأن المدارات p متعامدة بعضها على بعض - وهذا مخالف لقيمة الزاوية المقدسة 2107. والأكثر أهمية من ذلك كله هو أن على زوجي الالكترونات غير المشترك بهما البقاء في هذه الحالة في المدار ؛ ونحن نعلم حقيقة من دراسات ثنائي القطب أن الأمر ليس كذلك (الفقرة 16 . 1 ). في الواقع، فإن الربح الحاصل في الاستقرار والناجم عن استخدام المدارات 3sp العالية التوجه لتشكيل الروابط، أكبر مما يؤدي إليه رفع زوج الالكترونات غير المشترك بهما من المدار و إلى المدار 3sp ذي الطاقة الأعلى.

وهناك حقيقة أخرى مرتبطة بالأمونيا: تكشف الدراسات الطيفية أن ذلك الجزيء يخضع لعملية قلب أو انقلاب inversion أي يخرج الداخل إلى الخارج (شکل 13 . 1 ) هناك حاجز طاقة مقداره 6 کیلو حریرة مول فقط، بين أحد الترتيبين الهرميين والترتيب الهرمي الآخر المكافىء له. تتوافر هذه الطاقة من تصادم الجزيئات، وحتى في درجة الحرارة الاعتيادية فإن مقدار الاصطدامات الحادثة توفر الطاقة الكافية للقيام بالمهمة ولذلك يحدث تحول سريع بين التر تیبین الهر میین.

وهناك حقيقة أخرى مرتبطة بالأمونيا: تكشف الدراسات الطيفية أن ذلك الجزيء يخضع لعملية قلب أو انقلاب inversion أي يخرج الداخل إلى الخارج (شکل 13 . 1 ) هناك حاجز طاقة مقداره 6 کیلو حریرة مول فقط، بين أحد الترتيبين الهرميين والترتيب الهرمي الآخر المكافىء له. تتوافر هذه الطاقة من تصادم الجزيئات، وحتى في درجة الحرارة الاعتيادية فإن مقدار الاصطدامات الحادثة توفر الطاقة الكافية للقيام بالمهمة ولذلك يحدث تحول سريع بين التر تیبین الهر میین.



لنقارن الأمونيا بالميتان الذي لا يعاني من مثل هذا الانقلاب: يقوم زوجا الالكترونات غير المشترك بهما بدور الرابطة كربون - هيدروجين في تعبين الشكل الأكثر استقرار للجزيء أي الشكل رباعي الوجوه. ولكن، وبشكل مخالف للرابطة كربون - هیدروجين، لا يستطيع زوجة الالكترونات غير المشترك بهما، إبقاء ترتیب رباعي وجوه معین مستمرة لأن الزوجين يتجهان في لحظة معينة في اتجاه ما، ولا يلبثان أن يتجها في الاتجاه المعاكس في اللحظة التالية.
وأخيرا لندرس جزيء الماء H20 يشبه الأمر هنا ما وجدناه في الأمونيا. فيما عدا أن الأكسجين يملك هنا شفعين من الالكترونات غير المشترك بها، وعليه فإنه يرتبط فقط بذرتي هيدروجين تقعان عند رأس من رؤوس رباعي الوجوه.

وأخيرا لندرس جزيء الماء H20 يشبه الأمر هنا ما وجدناه في الأمونيا. فيما عدا أن الأكسجين يملك هنا شفعين من الالكترونات غير المشترك بها، وعليه فإنه يرتبط فقط بذرتي هيدروجين تقعان عند رأس من رؤوس رباعي الوجوه.



في حين يشغل الرأسان الآخران من رباعي الوجود بشفعين من الالكترونات غير المشترك بهما، (شکل 14. 1)

في حين يشغل الرأسان الآخران من رباعي الوجود بشفعين من الالكترونات غير المشترك بهما، (شکل 14. 1)


وكما تدل القياسات فإن الزاوية H O H تساوي 105، أصغر من الزاوية المحسوبة لرباعي الوجوه، وكذلك
0 أصغر من الزاوية الموافقة للأمونيا. إذ يوجد هنا شفعان من الالكترونات غير المشترك بهما يضغطان زوايا الترابط . ويبلغ طول الرابطة أكسجين - هيدروجين. 96 ٪
، ويلزمنا 118 كيلو حريرة مول لتحطيم إحدى روابط الماء. إذا تفحصنا الشكل (15 . 1) نستطيع أن نرى تشابها أساسيا بين جزيئات الميتان والأمونيا، والماء: تشابها ينثبق استنادا لمقارتنا التي استخدمناها عن التشابه في الترابط ونرى أنه بسبب أشفاع الالكترونات غير المشترك بها في الأكسجين، فإن الماء أساس رغم أنه أقل أساسية من الأمونيا (الفقرة 22. 1).


، ويلزمنا 118 كيلو حريرة مول لتحطيم إحدى روابط الماء. إذا تفحصنا الشكل (15 . 1) نستطيع أن نرى تشابها أساسيا بين جزيئات الميتان والأمونيا، والماء: تشابها ينثبق استنادا لمقارتنا التي استخدمناها عن التشابه في الترابط ونرى أنه بسبب أشفاع الالكترونات غير المشترك بها في الأكسجين، فإن الماء أساس رغم أنه أقل أساسية من الأمونيا (الفقرة 22. 1).




Organic Chemistry 
Robert T. Morrison 
Robert N. Boyd
Translation copyright © 2000 by Arab Centre for Arabization, Translation, Authorship & Publication (ACATAP, branch of ALECSO).
Original English language title: Organic Chemistry, 6th edition by Robert T. Morrison and Robert N. Boyd. Copyright © 1992. All Rights Reserved. Published by arrangement with the Original publisher, Prentice Hall Inc, A Pearson Education Company.


Comments

contents title