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

ولكن هذا التصور أيضاً غير صحيح فلو ارتبطت ذرة الكربون المثارة هذه بالهيدروجين فسيتكون فعلاً جزيء صيغته CH4 ولكن ستكون هناك رابطة واحدة مختلفة كما أن الزوايا الناتجة لن تكون 109.5 درجة بل ستكون 90درجة .

إذاً كيف ترتبط ذرة الكربون بالهيدروجين في الميثان ؟؟؟ 

الجواب عند نظرية التهجين التي تقول أنه لكي ترتبط ذرة الكربون بأربعة ذرات هيدروجين وتكون جزيء الميثان يجب أن يتوفر في ذرة الكربون أربعة مجالات متشابهة ونصف ممتلئة وتكون الزوايا بينها 109.5 درجة وهذايتأتى بدمج المجال S الموجود في مستوى الطاقة الثاني مع ثلاث مجالات من نوع P لتتكون أربعة مجالات جديدة من نوع SP3 بحيث تكون هذه المجالات الاربع في أركان هرم رباعي السطوح والزوايا بينها 109.5 درجة .

بحيث يكون التوزيع الالكتروني لذرة الكربون المشبعة كالتالي : 

1S2 2( SP3)1 ( SP3)1 ( SP3)1 ( SP3)1

وبهذا التصور يتكون جزيء الميثان CH4 الذي يتخذ شكل هرم رباعي السطوح منتظم في الفراغ وتكون جميع الروابط الاربعة متشابهة والزوايا بينها 109.5 درجة وهذا ما أشارت إليه دراسات أشعة X التي اجريت على جزيء الميثان .