Hybridisierung Flashcards
Beobachtung
Kohlenstoff bildet bis zu vier gleichartige, kovalente Bindungen aus, die zueinander im Winkel von etwa 109.5◦ liegen. Bei 4 gleichen Substituenten (z.B. Methan) sind alle Bindungen gleich lang und gleich stark (Alle Substituenten lassen sich gleich leicht/schwer abspalten)
Grundzustand
Die Elektronenkonfiguration ist 1s2 2s2 2p2 . Der Kohlenstoff könnte so mit nur 2 ungepaarten Elektronen lediglich 2 kovalente Bindungen ausbilden, die zueinander im Winkel von 90◦ liegen.1
Promotion
Wird eines der beiden 2s-Elektronen in ein p-Orbital angeregt, sind vier kovalente Bindungen m¨oglich.2 Davon mussten aber drei energiegleich und im rechten Winkel zueinander und die vierte ¨ in einem Winkel von etwa 145◦ und von unterschiedlicher Energie und Bindungsl¨ange sein.
Hybridisierung
Fur vier gleiche Bindungen werden ebenso viele (halb besetzte) gleichartige (geometrisch und ¨ energetisch) Orbitale ben¨otigt. Dies wird erkl¨art durch das Modell der Hybridisierung, welches das Kohlenstoffatom im ” Valenzzustand“ beschreibt.3 Hierbei wird angenommen, dass die energetisch benachbarten 2s- und 2p-Orbitale bereits untereinander kombinieren und sogenannte Hybridorbitale bilden k¨onnen. Je nach Anzahl ben¨otigter Bindungen an Bindungspartner sind hier drei verschiedene M¨oglichkeiten denkbar, welche im Folgenden graphisch dargestellt sind.
Grafik
Mathematisch erh¨alt man die Hybridorbitale aus der Linearkombination (Addition und Subtraktion) der einzelnen Atomorbitale (mit entsprechenden Gewichtungsfaktoren - Koeffizienten). Dabei gelten grunds¨atzlich die folgenden Bedingungen:
❼ Aus n Atomorbitalen entstehen immer auch n Hybridorbitale.
❼ Bei der Hybridisierung wird der Energieschwerpunkt nicht ver¨andert.4
❼ Die Hybridorbitale stehen zueinander orthogonal.
sp3 -Orbitale
Kombiniert man alle drei p-Orbitale mit dem s-Orbital, so entstehen 4 gleichartige sp3 -Orbitale, von denen jedes einen s-Charakter von 25 % besitzt, die Orbitale stehen zueinander in einem Winkel von etwa 109.5◦ . Die Form der Orbitale ¨ahnelt der ” reiner“ p-Orbitale, wobei aber einer der beiden Orbitallappen stark vergr¨oßert, der andere stark verkleinert ist
sp2 -Orbitale
Kombiniert man nur zwei p-Orbitale mit dem s-Orbital, so entstehen drei sp2 -Orbitale. Diese stehen zueinander in einem Winkel von 120◦ und spannen eine Ebene auf, auf welcher das ubrige ¨ p-Orbital senkrecht steht. Energetisch liegen sie leicht unter den sp3 -Orbitalen.
sp-Orbitale
Kombiniert man nur eines der p-Orbitale mit dem s-Orbital, so erh¨alt man zwei sp-Orbitale, die zueinander einen Winkel von 180◦ einnehmen. Im rechten Winkel zu der beschriebenen Linie stehen die beiden - auch untereinander rechtwinklig stehenden - verbleibenden p-Orbitale. Energetisch liegen diese Orbitale nochmals leicht unter dem Niveau der sp2 -Orbitale.
