نماذج سيجما-باي والمدارات المكافئة

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

يُعدّ نموذج سيغما-باي ونموذج المدارات المتكافئة تمثيلين محتملين للجزيئات في نظرية الرابطة التكافؤية . يُفرّق نموذج سيغما-باي بين الروابط والأزواج الإلكترونية الحرة ذات التناظر سيغما وتلك ذات التناظر باي، بينما يُهجّن نموذج المدارات المتكافئة بينها . يأخذ نموذج سيغما-باي في الاعتبار التناظر الجزيئي، وهو أنسب لتفسير الجزيئات العطرية ( قاعدة هوكل )، على الرغم من أن الحسابات الحاسوبية لبعض الجزيئات تميل إلى أن تكون أكثر كفاءة في ظل نموذج المدارات المتكافئة. [ 1 ] يُنتج كلا التمثيلين نفس الكثافة الإلكترونية الكلية، ويرتبطان بتحويل وحدوي للمدارات الجزيئية المشغولة؛ وتُنتج إجراءات التموضع المختلفة أيًا منهما. مداران متكافئان h و hيمكن إنشاء ' عن طريق أخذ تركيبات خطية h = c 1 σ + c 2 π و h' = c 1 σ – c 2 π لاختيار مناسب للمعاملات c 1 و c 2 .

في مراجعة نُشرت عام ١٩٩٦، خلص كينيث ب. ويبرغ إلى أنه "على الرغم من عدم إمكانية إصدار بيان قاطع بناءً على المعلومات المتاحة حاليًا، فمن المرجح أن نستمر في اعتبار وصفي σ/π والرابطة المنحنية للإيثيلين متكافئين. [ ٢ ] ويذهب إيان فليمنغ أبعد من ذلك في كتاب مدرسي صدر عام ٢٠١٠، مشيرًا إلى أن "التوزيع الكلي للإلكترونات [...] هو نفسه تمامًا" في النموذجين. [ ٣ ] ومع ذلك، وكما أشير في كتاب كارول المدرسي، عند مستويات نظرية أدنى، يقدم النموذجان تنبؤات كمية ونوعية مختلفة، وقد دار نقاش كبير حول أي نموذج هو الأكثر فائدة من الناحية المفاهيمية والتعليمية. [ ٤ ]

سندات متعددة

طُرح تفسيران مختلفان لطبيعة الروابط التساهمية الثنائية والثلاثية في الجزيئات العضوية في ثلاثينيات القرن العشرين. اقترح لينوس باولينغ أن الرابطة الثنائية في الإيثيلين تنتج عن مدارين رباعيي الأوجه متكافئين من كل ذرة، [ 5 ] والتي عُرفت لاحقًا باسم روابط الموز أو روابط تاو . [ 6 ] واقترح إريك هوكل تمثيلًا للرابطة الثنائية كمزيج من رابطة سيغما ورابطة باي . [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] يُعد تمثيل سيغما-باي هو الأكثر شيوعًا، وهو المُستخدم في معظم الكتب الدراسية منذ أواخر القرن العشرين.

أزواج منفردة متعددة

أزواج الإلكترونات المنفردة المتوافقة مع التناظر والمهجنة في جزيء الماء (H₂O )

في البداية، يتألف مخطط لينوس باولينغ للماء، كما ورد في بحثه الرائد حول نظرية الرابطة التساهمية، من زوجين إلكترونيين غير متكافئين من نوعي التناظر σ و π. [ 5 ] ونتيجةً للتطورات اللاحقة التي نتجت جزئيًا عن إدخال نظرية تنافر أزواج إلكترونات غلاف التكافؤ (VSEPR) ، ظهر رأي بديل يعتبر الزوجين الإلكترونيين متكافئين، ويُطلق عليه مجازًا اسم " آذان الأرنب" . [ 10 ]

يصف واينهولد ولانديس استخدام مفهوم التهجين المداري المُكيَّف مع التناظر في سياق مدارات الرابطة الطبيعية ، وهي نظرية مدارية موضعية تتضمن نظائر مُحدَّثة لأزواج الرابطة الكلاسيكية (رابطة التكافؤ/بنية لويس) والأزواج الإلكترونية الحرة. [ 11 ] فعلى سبيل المثال، في جزيء فلوريد الهيدروجين، يكون زوجان من الإلكترونات الحرة لذرة الفلور عبارة عن مدارات p غير مهجنة ذات تناظر π، بينما يكون الزوج الآخر مدارًا هجينًا sp x ذا تناظر σ. وينطبق اعتبار مماثل على الماء (يوجد زوج واحد من الإلكترونات الحرة لذرة الأكسجين في مدار p نقي، بينما يوجد الآخر في مدار هجين sp x ).

لا تزال مسألة ما إذا كان من المفيد من الناحية المفاهيمية اشتقاق مدارات مكافئة من مدارات متكيفة مع التناظر، من وجهة نظر نظرية الترابط وعلم التربية، مسألة مثيرة للجدل، حيث عارضت مقالات حديثة (2014 و2015) [ 12 ] ودعمت [ 13 ] هذه الممارسة.

مراجع

  1. ↑ بيتر ب. كاراداكوف؛ جوزيف جيرات؛ ديفيد ل. كوبر؛ ماريو رايموندي (1993)، "الروابط المنحنية مقابل روابط سيجما-باي في الإيثين والإيثاين: وجهة نظر اقتران الدوران"، مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية ، 115 (15): 6863-6869 ، doi : 10.1021/ja00068a050.
  2. ↑ ويبرغ، كينيث ب. (1996)، "الروابط المنحنية في المركبات العضوية"، مجلة أبحاث الكيمياء ، 29 (5): 229-34 ، doi : 10.1021/ar950207a.
  3. ↑ فليمنج، إيان (2010)، المدارات الجزيئية والتفاعلات الكيميائية العضوية ( طبعة مرجعية)، لندن: وايلي، ص 61، ISBN   978-0-470-74658-5.
  4. ↑ أ.، كارول، فيليكس (2010). منظورات حول البنية والآلية في الكيمياء العضوية ( الطبعة الثانية). هوبوكين، نيوجيرسي: جون وايلي. ISBN  9780470276105. OCLC 286483846 . {{cite book}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  5. 1 2 باولينغ، لينوس (1931)، "طبيعة الرابطة الكيميائية. تطبيق النتائج المستمدة من ميكانيكا الكم ومن نظرية القابلية المغناطيسية البارامغناطيسية على بنية الجزيئات"، مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية ، 53 (4): 1367-1400 ، doi : 10.1021/ja01355a027.
  6. ↑ وينتنر، كلود إي. (1987)، "التأثيرات الفراغية الإلكترونية، وروابط تاو، وقاعدة كرام"، مجلة التعليم الكيميائي ، 64 (7): 587، رمز Bibcode : 1987JChEd..64..587W ، doi : 10.1021/ed064p587.
  7. ^ هوكل، إي. (1930)، “Zur Quantentheorie der Doppelbindung”، Z. Phys. , 60 ( 7– 8): 423– 456، بيب كود : 1930ZPhy...60..423H ، دوى : 10.1007 / BF01341254
  8. ↑ بيني، دبليو جي (1934)، "نظرية بنية الإيثيلين وملاحظة حول بنية الإيثان"، وقائع الجمعية الملكية ، A144 (851): 166-187 ، Bibcode : 1934RSPSA.144..166P ، doi : 10.1098/rspa.1934.0041
  9. ↑ بيني، دبليو جي (1934)، "نظرية استقرار حلقة البنزين والمركبات ذات الصلة"، وقائع الجمعية الملكية ، A146 (856): 223-238 ، Bibcode : 1934RSPSA.146..223P ، doi : 10.1098/rspa.1934.0151.
  10. ↑ لاينغ، مايكل (1987). "لا وجود لآذان أرنب على الماء. بنية جزيء الماء: ماذا يجب أن نخبر الطلاب؟". مجلة التعليم الكيميائي 64 (2): 124-128 . Bibcode : 1987JChEd..64..124L . doi : 10.1021/ed064p124 .
  11. ↑ واينهولد، فرانك؛ لانديس، كلارك ر. (2012). اكتشاف الكيمياء باستخدام مدارات الروابط الطبيعية . هوبوكين، نيوجيرسي: وايلي. الصفحات 67-68 . ISBN  978-1-118-11996-9.
  12. ↑ كلاوس، ألين د.؛ نيلسن، ستيفن ف.؛ أيوب، محمد؛ مور، جون و.؛ لانديس، كلارك ر.؛ واينهولد، فرانك (2014-10-08). "هجائن آذان الأرنب، والتأثيرات الفراغية لنظرية تنافر أزواج إلكترونات غلاف التكافؤ، وغيرها من المفارقات المدارية". مجلة أبحاث وممارسات تعليم الكيمياء . 15 (4): 417-434 . doi : 10.1039/C4RP00057A . ISSN 1756-1108 . 
  13. ↑ هيبيرتي، فيليب سي؛ دانوفيتش، ديفيد؛ شيك، ساسون (2015-07-07). "تعليق على "التركيبات الهجينة ذات الشكل الشبيه بآذان الأرنب، والتأثيرات الفراغية لنظرية تنافر أزواج إلكترونات غلاف التكافؤ، وغيرها من المفارقات المدارية". رد على نقد". مجلة أبحاث وممارسات تعليم الكيمياء . 16 (3): 689-693 . doi : 10.1039/C4RP00245H . S2CID 143730926 .