CHEMIE Hybridisierung

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2 Antworten

Das Wort Hybridisierung bezieht sich auf die Form der Bindungselektronen eines Atoms in einer Verbindung. Bei diesen Betrachtungen ist immer zu beachten, dass es sich bei Orbitalen um mathematische Konstrukte handelt. Die Wellenfunktion des Elektrons wird quadriert, so dass ein Körper entsteht; das interpretieren wir recht unscharf als "Aufenthaltswahrscheinlichkeit". Hybridisierung ist ein Wort für die Linearkombination von Wellengleichungen (das bedeutet, dass man die Lösungen der Wellengleichungen addiert bzw. subtrahiert; aus 2 Wellengleichungen müssen so auch immer 2 Lösungen entstehen: L1 = A + B; L2 = A - B; wenn man eine höhere Anzahl Wellengleichungen kombiniert, gibt es eine entsprechnd höhere Anzahl Lösungen).

Kohlenstoff hat als Element 4 Aussenelektronen. Der Grundzustand ist s2px1py1px0 Der Energieunterschied zwischen dem 2s und dem 2p-Zustand ist nicht sehr gross, so dass nur eine geringe Energie benötigt wird, um den Zustand s1px1py1pz1 zu erreichen. Aus der Linearkombination aller dieser 4 Wellengleichungen bekommt man wieder 4 bindende Wellengleichungen, die wir als sp3-Hybridierung bezeichnen. Die resultierenden Orbitale sind tetraedrisch orientiert. Die Linearkombination von nur 2 p-Orbitalen mit einem s-Orbital resultiert in einer sp2-Hybridisierung, wo die Orbitale trigonal-planar aufgespannt sind (d.h. in einer Ebene in die 3 am weitesten voneinander liegenden Ecken). Es gibt noch die sp-Hybridisierung, da sind die Orbitale linear.

Welche Hybridisierung vorliegt, kann man so einfach nicht sagen. Letztlich muss man sich darüber klar werden, dass diese (von mir SEHR ungenau beschriebenen) Wellenfunktionen mathematische Konstrukte sind, die verwendet werden, weil man damit das geometrische und chemische Verhalten von Verbindungen erklären und vorhersagen kann. Am Beispiel Propen:

H2C=CH-CH3

von links nach rechts: das erste C-Atom hat eine sp2-Hybridisierung. Es gibt 3 relativ energieähnliche Bindungen zu den 2 Wasserstoffatomen und zu dem nächsten Kohlenstoffatom. Die 4te Bindung, die 2te Bindung zu dem benachbarten Kohlenstoffatom, ist wesentlich energiereicher (und leichter zur Reaktion zu bringen) und eine p-p-Bindung (aufgrund der Geometrie auch PI-Bindung genannt).

Das nächste Kohlenstoffatom hat ebenfalls eine sp2-Hybridisierung, auch hier eine trigonal-planare Anordnung der gebundenen Atome. Man kann also eine Ebene zeichnen, in der von links aus gesehen alle Atome hineinpassen bis einschliesslich des letzten Kohlenstoffatoms.

Das letzte Kohlenstoffatom hat eine sp3-Hybridisierung. Die Liganden sind also in den Ecken eines Tetraeders orientiert (kleinere Verzerrungen aufgrund von Abstossungseffekten ignoriere ich).

Aufgrund der Orbitaltheorie kann man also eine Aussage über die räumlich Anordnung und die Reaktivität treffen. Die Doppelbindung sollte reaktiver sein als die 1-fach-Bindungen, wobei die C-C-Bindung bei einer Reaktion wahrscheinlich erst gespalten wird, wenn die anderen Bindungen auch zur Reaktion gebracht werden (z.B. bei einer Verbrennung; oder natürlich als Folgereaktion einer Addition).

Wichtigste Erkenntnisse:

Es gibt beim Kohlenstoff sp3, sp2 und sp-Hybridisierung. Bindungen nicht hybridisierter p-Orbitale sind reaktiver als Hybridorbitale. Man kann aus Energiegründen immer von der maximal möglichen Hybridisierung ausgehen (als sp2 nur bei Doppelbindungen, sp nur bei kummulierten Doppelbindungen oder 3-fach-Bindungen). Aufgrund der Hybridisierung lässt sich eine Aussage über die Molekülgeometrie treffen (Tetraeder, trigonal-planar, linear). Damit Hybridisierung möglich ist, müssen die Orbitale eine ähnliche potentielle Energie haben (relevant sind i.d.R. nur s und p-Orbitale der gleichen "Schale").

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Du solltest dich erst mal mit dem s- und den drei verschiedenen p-Orbitalen beschäftigen, Propen aufmalen und überlegen, welches Orbital mit welchem wechselwirkt, welche Orbitale Sigma- und welche Pi-Bindungen in dem Molekül bilden.

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Kommentar von tgmd288
10.10.2011, 15:20

hilft mir nicht weiter =(

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