فيديو السؤال: مقارنة طاقة المدارات الذرية وطاقة المدارات المهجنة الكيمياء • الصف الثاني الثانوي

نسخة الفيديو النصية

تتهجن المدارات الذرية في عدد الكم الثاني لذرة الكربون لتكوين مدارات ‪sp3‬‏ المهجنة. أي عبارة تصف وصفًا صحيحًا مستوى الطاقة لمدارات ‪sp3‬‏ المهجنة الناتجة؟ أ: مدارات ‪sp3‬‏ المهجنة توجد عند نفس مستوى طاقة مدارات ‪2p‬‏ الأصلية. ب: مدارات ‪sp3‬‏ المهجنة توجد عند نفس مستوى طاقة مدار ‪2s‬‏ الأصلي. ج: مدارات ‪sp3‬‏ المهجنة توجد عند مستوى طاقة أعلى من مستوى طاقة مدارات ‪2p‬‏ الأصلية. د: مدارات ‪sp3‬‏ المهجنة توجد عند مستوى طاقة أقل من مستوى طاقة مدار ‪2s‬‏ الأصلي. هـ: مدارات ‪sp3‬‏ المهجنة توجد عند مستوى طاقة بين مدار ‪2s‬‏ الأصلي ومدارات ‪2p‬‏.

في هذا السؤال، مطلوب منا وصف مستوى طاقة المدارات المهجنة ‪sp3‬‏ في ذرة كربون مهجنة بالنسبة للمدارات الذرية في ذرة كربون غير مهجنة. عند الإشارة إلى المدارات في عدد كم؛ فإن المقصود هو عدد الكم الرئيسي. إذن هنا ‪𝑛‬‏ يساوي اثنين. هذا مستوى الطاقة الثاني لذرة الكربون. دعونا نفرغ بعض المساحة لنرى ذلك موضحًا بالرسم.

العدد الذري ‪Z‬‏ لذرة الكربون ستة. نعرف من ذلك أن ذرة الكربون تحتوي على ستة بروتونات في نواتها. بما أن عدد البروتونات يساوي عدد الإلكترونات في الذرة المتعادلة، فيوجد ستة إلكترونات في ذرة الكربون. هذه الإلكترونات الست موزعة في مستويات الطاقة المختلفة، أو أعداد الكم، على النحو الآتي.

في الغلاف أو عدد الكم الأول، يوجد إلكترونان. وفي الغلاف أو عدد الكم الثاني، يوجد أربع إلكترونات. الإلكترونان الموجودان في الغلاف الأول لهما أقل طاقة. على وجه التحديد، يوجد هذان الإلكترونان في المدار ‪s‬‏. تتخذ المدارات ‪s‬‏ شكلًا كرويًّا. أما الإلكترونات الأربع في مستوى الطاقة الثاني، أو عدد الكم الثاني؛ فهي موزعة على مدار ‪2s‬‏ ومدارات ‪2p‬‏. مدار ‪2s‬‏ أقل في الطاقة من مدارات ‪2p‬‏. ويحتوي مدار ‪2s‬‏ على إلكترونين، وهو مدار كروي الشكل. والإلكترونان المتبقيان منفردان، ونجدهما في مدارين من مدارات ‪2p‬‏ التي تتخذ شكل ثمرتي كمثرى متقابلتين بالرأس. تتخذ المدارات من النوع ‪p‬‏ أشكالًا معقدة تشبه ثمرتي كمثرى متقابلتين بالرأس؛ حيث يكون كل منها مستقطبًا بشكل مستو حول أحد محاور الإحداثيات الكارتيزية الثلاث.

سيكون من المنطقي اقتراح أن مدارات ‪2s‬‏ و‪2p‬‏ تتصرف على نحوين مختلفين عند الارتباط بذرات أخرى. لكن هذا ليس هو الحال على الإطلاق. ما يحدث هو ارتقاء أحد إلكتروني المدار ‪2s‬‏ إلى مدار ‪2p‬‏. ومن ثم تمتزج هذه المدارات الأربعة، أي مدار ‪2s‬‏ ومدارات ‪2p‬‏ الثلاثة. ونقول إن المدارات تهجن.

التهجين هو تداخل المدارات الذرية لتكوين مدارات جديدة مهجنة، ويمكن أن يحدث فيها ازدواج للإلكترونات لاحقًا أثناء تكوين الرابطة الكيميائية. وتداخل مدار ‪s‬‏ مع ثلاثة مدارات ‪p‬‏ يؤدي إلى تكوين أربعة مدارات متكافئة من النوع ‪sp3‬‏. كل هذه المدارات المهجنة لها نفس الشكل والطاقة. ويقع مستوى طاقتها ما بين طاقة المدار الذري ‪2s‬‏ والمدارات الذرية ‪2p‬‏ التي تكونت منها.

مطلوب منا في السؤال مقارنة طاقة المدارات المهجنة من النوع ‪sp3‬‏ بالمدارات الذرية التي تكونت منها. سنعيد الخيارات إلى الشاشة. يمكننا استنتاج أن العبارة التي تصف وصفًا صحيحًا مستوى الطاقة لمدارات ‪sp3‬‏ المهجنة الناتجة هي هـ. مدارات ‪sp3‬‏ المهجنة توجد عند مستوى طاقة بين مدار ‪2s‬‏ الأصلي ومدارات ‪2p‬‏.