Frage von Samtiiii, 34

Kennt sich jemand mit Oberstufenchemie aus (Atomorbitale)?

Hi Leute!

Schreibe morgen eine Arbeit über Kohlenwasserstoffe und dabei kommen aich fragen zum Orbitalmodell. Wir müssen zum Beispiel die Überlappungen von den Orbitalen c-c und c-h beschreiben. Nur versteh ich das nicht ganz was es mit dem sp3 und so auf sich hat. Wie würde denn zum beispiel bei 1,2 Dichlorethan die Bindung zwischen c und cl überlappen? Wäre das dann Überlappung von sp3 ho von c mit p ao von cl zu p-sp3 sigma MO?

Expertenantwort
von Miraculix84, Community-Experte für Schule, 10

Nur versteh ich das nicht ganz was es mit dem sp3 und so auf sich hat

sp3 bedeutet, dass keine der 4 Bindungen des Kohlenstoffs "minderwertig" ist, sondern dass alle 4 Bindungen gleichwertig sind.

Wenn du eine Doppelbindung hast, werden die drei übrigen Bindungen als "sp2-Hybrid" bezeichnet.

Wenn du zwei Doppelbindungen hast, werden die beiden übrigen Bindungen als "sp-Hybrid" bezeichnet.

Wenn du drei Doppelbindungen hast, hast du einen Fehler gemacht. :)

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Wie würde denn zum beispiel bei 1,2 Dichlorethan die Bindung zwischen c
und cl überlappen? Wäre das dann Überlappung von sp3 ho von c mit p ao
von cl zu p-sp3 sigma MO?

Das kann man so sagen.

Anmerkung 1: " Hybridorbitale werden für gewöhnlich unabhängig von der Hybridisierung als q-Orbitale bezeichnet." (https://de.wikipedia.org/wiki/Molek%C3%BClorbitaltheorie#Zeichnen_von_LCAO-MO-Di...)

Anmerkung 2: Ich weiß nicht, ob es hierbei nach dem Alphabet geht oder ob die Reihenfolge frei wählbar ist: sp3-p oder p-sp3.

LG
MCX

Antwort
von theantagonist18, 18

Also sp3 bezeichnet ein Hybridorbital, häufig beim Kohlenstoff zu finden (aber nicht ausschließlich). Du hast also aus einem s-Orbital und 3 p-Orbitalen insgesamt 4 sp3-Orbitale. Im CH4 z.B. "bindet" der Kohlenstoff mit jedem seiner sp3 Orbitale je 1 s-Orbital der einzelnen Wasserstoffe. Im Ethan genauso, nur dass eine Überlappung auch mit dem anderen C Atom stattfindet. Chlor verhält sich ja grundsätzlich hier als Substituent ähnlich wie Wasserstoff bezüglich der Bindung, nur dass es nicht mit einem s-, sodern einem p-Orbital überlappt.

Expertenantwort
von Kaeselocher, Community-Experte für Chemie, 9

Es ist ebenso erfreulcih, dass das Orbitalmodell langsam Einzug in die Klassenzimmer fidnet wie beängstigend, dass man offenbar einfach Worte in den Raum wirft ohne sie vernünftig zu erklären.

Ich fürhcte für deine Arbeit kommt wohl meine Hilfe zu spät, doch vielleicht kann ich deinem Verständnis dennoch einen Schuppser in die richtige Richtung geben.

Zunächst wirfst du zwei völlig gegensätzliche Konzepte durcheinander:

Zum einen sprichst du von Orbitalüberlappung, also der VB-Theorie und noch im selben Satz erwähnst du Atom- und Molekülorbitale, also MO-Theorie.

Die VB-Theorie geht davon aus, dass eine Atombindung durch die Überlappung zweier Atomorbitale zustande kommt. Um die im Experiment gefundenen geometrischen Formen von Molekülen erklären zu können benötigt diese Theorie das Konzept der Orbitalhybridisierung. Aus einer belibiegen Anzahl an Atomorbitalen können ebenso viele Hybridorbitale erzeugt werden, die allesamt energetisch gleich sind und so im Raum angeordnet sind, dass sie im Raum möglichst weit auseinander zeigen. Bilde ich also ein Hybridorbital aus einem s- und drei p-Orbitalen, so erhalte ich vier sp³-Hybridorbitale, welche in die vier Ecken eines Tetraeders zeigen. Jedes dieser Hybridorbitale ist im Falle des Kohlenstoffs gemäß des Pauli-Prinzips und der Hund'schen Regel mit einem Elektron besetzt, denn die orbitale sind ja energetisch gleich und der Kohlenstoff hat vier Valenzelektronen. Dementsprechend kann jedes diese HO mit einem anderen Orbital überlappen, welches ebenfalls ein einzelnes Elektron besitzt. EIn weiteres Kriterium ist das Vorzeichen der beiden Orbitale, die Überlappen sollen, aber das führt an dieser Stelle wohl zu weit. Jedes der Hybridorbitale findet mit einem einfach besetzten p-Orbital des Chlors einen passenden Bindungspartner.

Die Antwort auf die Frage darauf, welche Hybridisierung man gerade vorliegen hat, lautet vereinfacht eben jene, die man braucht um die Geometrie und andere Eigenschaften erklären zu können. Habe ich beispielsweise eine Mehrfachbindung vorliegen, so weiß ich, dass hier mindestens ein freies p-Orbital involviert sein muss. Dementsprechend kann der Kohlenstoff nicht sp³, sondern maximal sp²- oder sp-hybridisiert sein.

Dass man ein solches Konstrukt benötigt um gefundene Daten erklären zu können zeigt, dass dieses recht simple Modell seine Grenzen hat. Daher greift man für viele Vorhersagen zur MO-Theorie. Diese geht nicht von der Überlappung zweier Orbitale, sondern von der Bildung von Molekülorbitalen aus. Leider sind diese Molekülorbitale nicht so einfach "von Hand" aufzustellen und müssen letztendlich mit relativ komplexen Berechnungen ermittelt werden. Dafür sind sie in vielen Situation deutlich exakter und ermöglichen die Erklärungen weiterer Beobachtungen, wie dem paramagnetischen Verhalten von Sauerstoff im Magnetfeld - was, dito, für dich in der Schule nicht sonderlich relevant ist. Daher genügt es dir das konzept der VB-theorie zu verinnerlichen, wenn nicht für die anstehende Klausur, dann vielleicht für die nächste Klausur.

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