Hybridisierung Chemie?
Moin ihr Schlingel,
ich hätte noch ein Paar Fragen zur Hybridisierung.
Ich habe schon zahlreich im Netz nachgeschaut aber nichts passendes gefunden.
Überall steht, dass die Hybridisierung das Verschmelzen von Atomorbitalen zu Hybridorbitalen ist. Demnach macht dies soweit schon Sinn. Dennoch ist es ja oft so, das Moleküle beteiligt sind. Was ist dann der Unterschied zwischen Hybrid- und Molekülorbitalen? Oder ist dies dasselbe?
Mir ist auch nicht ganz klar was die Hybridisierung für Vorteile im allgemeinen sowie energetisch für das Atom bzw. Molekül bringt?
Vielen Dank im Voraus
4 Antworten
Die Hybridisierung bringt die Atome in die Lage, vernünftige Moleküle zu bilden. So würde ich das vereinfacht formulieren.
Nimm als Beispiel ein Kohlenstoffatom. Mit den 3 p-Orbitalen könnte es 3 Bindungen eingehen, die im 90°-Winkel zu einender stehen und an denen jeweils nur eine Keule beteiligt ist. Das s-Orbital könnte ein weitere Bindung eingehen, die dann in einem Winkel dazu steht, den ich zu faul zu berechnen bin. Wenn man aus den 4 AO 4 Hybridorbitale "macht", sind diese nicht nur gleichmäßig im Tetraederwinkel angeordnet, sie haben auch alle 2 unterschiedlich ausgeprägte Keulen, von denen natürlich die größere die Bindung eingeht.
Diese Hybridorbitale kombinieren dann mit anderen Orbitalen zu Molekülorbitalen, z.B. mit 1s-Orbitalen des Wasserstoffs zum Methan oder mit anderen Hybridorbtialen im Tetrachlormethan.
Du kannst auch erst MOs aus den AOs bilden und diese MOs dann hybridisieren, kommt letztlich aufs Gleiche raus. Es geht eher darum, wie du das gedanklich nachvollztiehen kannst. Letztlich sind sowieso alle Orbitale in einem Melekül nicht so lokalisiert wie einfache Modelle das nahelegen.
Es gibt Atomorbitale, diese können zu Hybridorbitalen werden, wenn es energetisch günstiger ist und erst wenn zwei Atome miteinander reagieren entstehen Molekülorbitale.
Kohlenstoff hat 4 Valenzelektronen, aber theoretisch sind diese nicht gleich. Methan hat aber 4 identische Bindungen und der Bindungswinkel ist der Tetraederwinkel. Das geht nur, wenn das s-Orbital und die 3 p-Orbitale vorher hybridisiert sind, also sp3 und daher sind alle 4 Orbitale identisch.
m.f.G.
anwesende
Orbitale sind hypothetische Strukturen, die mit Elektronen gefüllt werden können. Nach verschiedenen Erkenntnissen haben Wissenschaftler für diese Orbitale unterschiedliche Formen vorgeschlagen. Es gibt drei Haupttypen von Orbitalen: Atomorbitale, Molekülorbitale und Hybridorbitale. Atomorbitale sind die hypothetischen Orbitale, die sich um den Atomkern eines Atoms befinden. Molekülorbitale sind die hypothetischen Orbitale, die gebildet werden, wenn zwei Atome eine kovalente Bindung zwischen ihnen eingehen. Hybridorbitale sind hypothetische Orbitale, die aufgrund der Hybridisierung von Atomorbitalen gebildet werden. Der Hauptunterschied zwischen Hybridorbitalen und Molekülorbitalen ist der Hybridorbitale werden durch die Wechselwirkungen von Atomorbitalen im gleichen Atom gebildet, während Molekülorbitale durch die Wechselwirkungen von Atomorbitalen zweier verschiedener Atome gebildet werden.
Orbitale sind zunächst einmal mathematische Beschreibungen der Aufenthaltswahrscheinlichkeit und Energie von Elektronen. Die Quantentheorie besagt ja, dass diese nicht beliebige Werte annehmen können. In einem isolierten Atom werden die verschiedenen Zustände durch Quantenzahlen beschrieben. So gibt es 1s-Atom-Orbitale (Hauptquantenzahl 1, Nebenquantenzahl null, dafür schreibt man nicht null sondern s). Orbitale mit der Nebenquantenzahl eins heißen p-Orbitale, davon gibt es jeweils drei mit gleicher Energie. In jedes Orbital passen maximal zwei Elektronen. Das ist ungefähr wie in einem Hochhaus. Man kann eine Wohnung im zweiten oder dritten Stock haben, aber nicht in Stockwerk 2,3 oder 5,72. In Molekülen liegen chemische Bindungen vor. Die kann man auf zwei verschiedene Arten beschreiben. In der Valenzbindungstheorie, die vom Nobelpreisträger Linus Pauling entwickelt wurde, entstehen zunächst Hybridorbitale. Das sind mathematische Konstrukte, bei denen zum Beispiel aus einem 2s-Orbital und drei 2p-Orbitalen vier 2sp3-Orbitale gebildet werden. Diese vier Orbitale haben die gleiche Energie. Man kann nun die vier sp3-Hybridorbitale von z.B. Kohlenstoff mit den 1s-Orbitalen von Wasserstoff überlappen lassen, und so zu vier identischen C-H-Bindungen gelangen. Eine Alternative zur Valenzbindungstheorie ist die Molekülorbitaltheorie. Diese nimmt einen gegebenen Abstand der Atomkerne an, und berechnet dann Energie und räumliche Verteilung der Elektronen. Diese Berechnungen sind übrigens nur im Wasserstoffatom exakt möglich. In allen Systemen mit mehr als zwei Teilchen (also schon im Wasserstoffmolekül mit zwei Atomkernen und zwei Elektronen) sind diese Berechnungen nur näherungsweise möglich, auch wenn man diese Näherungen mit der heutigen Technik mit einem sehr hohen Grad an Genauigkeit durchführen kann.