Warum wird der Kohlenstoff hybridisiert?

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3 Antworten

Da man Atome noch nicht mit ihren Bausteinen gesehen hat, hat man sich im Laufe der Jahrhunderte Modelle erdacht, die mit dem fortschreitenden Wissen immer mehr verfeinert wurden.

So habt ihr im Unterricht sicher auch das Orbitalmodell kennengelernt. Für das Kohlenstoffatom besagt dies, dass in diesem Atom je ein doppelt besetztes 1s und 2s Orbital, sowie zwei einfach besetzte p-Orbitale (px und py) vorhanden sind.

Betrachtet man die Verbindung Methan (CH₄), so dürfte es diese Verbindung gar nicht geben, denn das C-Atom hat nach diesem Modell nur zwei einfach besetzte Orbitale (es sind die beiden px und py-Orbitale).

Regt man das C-Atom an, so dass ein Elektron aus dem doppelt besetzten 2s Orbital in das dritte noch freie 2p Orbital (= pz-Orbital) übergeht, so müssten drei H-Atome energetisch eine andere C-H-Bindung haben als das vierte.

Für das C-Atom schlug deshalb Pauling eine mathematisch mögliche Modellvorstellung vor, den hybridisierten Zustand. Man nimmt dabei an, dass beim angeregten C-Atom vier energetisch gleichwertige Orbitale, die sogenannten sp3-Hybridorbitale entstehen. Nun stehen nach der Reaktion mit Wasserstoff vier gleichwertige C-H-Bindungen im Methanmolekül zur Verfügung.

Langsam leuchtet es mir ein. Also grob gesagt wird mit der Hybridisierung angestrebt, dass C-Atom 4-bindig zu machen?

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@Zanaknoop

So kann man es kurz sagen.

Wie ich schon sagte, es handelt sich um Modellvorstellungen. Diese müssen aber natürlich Hand und Fuß haben und dürfen nicht einfach aus der Luft gegriffen sein.

Nur sind die Schritte, die jetzt zu immer verfeinerten Modellen  führen, mathematisch hergeleitete Modelle und für den Chemieunterricht an Schulen nicht relevant.

Aus diesem Grunde: Solltest Du einmal Chemie studieren wollen, dann lege nicht frühzeitig die Mathematik zur Seite.

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Ich bedanke mich sehr für Ihre ausführliche Antwort und Ihr Interesse. Ich habe nicht vor Chemie zu studieren, bin nur gezwungen das Fach in meiner Ausbildung zu belegen. :D

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Die Abbildungen dazu muß man googeln:

Im Grundzustand hat C ein doppelt besetztes, kugelförmiges s-Orbital, 2 einfach besetzte, hantelförmige p-Orbitale und ein leeres p-Orbital. Die 3 p-Orbitale stehen senkrecht zueinander. Da nur einfach besetzte Orbs binden können, kämen nur 2 Bindungen zustande mit einem 90°-Winkel.

A)  Das eine Elektron wird zunächst in das leere p-Orb verfrachtet. Diese Promotion kostet Energie (ist endotherm und an sich unfreiwillig).

Aber:

B) Es entstehen dadurch 4 statt 2 Bindungsmöglichkeiten und jede Bindung schließt sich exotherm und freiwillig.

C) Die Hybride ändern ihre Form: aus Kugel bzw. Hantel werden asymmetrische, weit ausgreifende Keulen--> bessere Überlappung und  Bindung.

D) Die Hybride bilden größere Tetraederwinkel (ca.  109°) statt 90° dh. die gleichnamigen Bindungspaare  weichen einander besser aus.

All dies bewirkt, daß durch B,C, und D der Energieaufwand in A weit übertroffen wird.

Da das dumme C-Atom aber nicht über A hinausdenken kann, mußman ihm einen Schubs geben=Aktivierungsenergie

B) Es entstehen dadurch 4 statt 2 Bindungsmöglichkeiten und jede Bindung schließt sich exotherm und freiwillig.

Dieses Argument wird viel zu selten genannt.

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Einfach gesagt:

Das 2s-Niveau kann mit den 3 2p-Niveaus hybridisieren 4 energetisch gleichwertige sp3-Orbitale bilden. Dies kann man anschaulich so erklären, dass eines der s-Elektronen in das vorher leere p-Orbital gehoben wird und sich dabei die Orbitalenergien aller vier Orbitale der zweiten Stufe angleichen.

Quelle Wikipedia

Kann man leider nur verstehen, wenn man sich damit auseinander gesetzt hat.

Also wird dies gemacht, weil stets eine energiearme Form angestrebt wird?

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Du darfst Orbitale, ob nun rein oder hybridisiert, nicht mit der Besetzung verwechseln.

Auch wenn wenn man die Themen nicht völlig isoliert betrachten kann.

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