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HybridorbitalZoomA-Z

Fachgebiet - Quantenphysik

Ein Hybrid-Orbital spmdn wird aus einer Linearkombination von Atomorbitalen erhalten:

spmdn=N(λss+λpp+λdd)N=Normierungskonstanteλsλpλd=Mischungsfaktorenspd=Atomorbitalemn=Anzahl Atomorbitale

Dieser rein rechnerische Vorgang wird als Hybridisierung von Atomorbitalen bezeichnet. Es werden immer soviele Hybridorbitale erhalten wie Atomorbitale eingesetzt werden. Die Gesamtenergie der Atom- und Hybridorbitale bleibt konstant. Eine zu beschreibende Bindungsstruktur kann durch Wahl und Anteile der Atomorbitale experimentellen Erkenntnissen über z.B. Molekülstruktur und Elektronenspektren besser angepasst werden.

Die zur Beschreibung von Bindungen benutzten Molekülorbitale stimmen nicht immer mit den aufgrund chemischer Eigenschaften zu vermutenden Formen überein. So stellt man z.B. fest, dass das Kohlenstoffatom in der äußeren Elektronenschale zwei s- und zwei p-Elektronen besitzt. Dementsprechend müssten diese Orbitale bei den C-H-Bindungen im Methan zu unterschiedlichen Bindungen führen:

σs=Ns[2s+λs(1sA+1sB+1sC+1sD)]σp=Np[2p+λAsA+λBsB+λCsC+λDsD]

Tatsächlich sind die vier Bindungen aber gleichartig und nicht unterscheidbar. Dies kann durch sp3-Hybridisierung erklärt werden: Das doppelt besetzte s-Orbital wird mit den drei einfach beziehungsweise nicht besetzten p-Orbitalen zu vier gleichen sp3-Hybridorbitalen kombiniert, die mit je einem Elektron besetzt sind:

sp13=12(2s+2px+2py+2pz)sp23=12(2s2px2py+2pz)sp33=12(2s2px+2py2pz)sp43=12(2s+2px2py2pz)

Die Hybridorbitale haben eine Tetraeder-Symmetrie und bilden mit den s-Elektronen des Wasserstoffs gleiche Atombindungen. Das so entstandene Modell entspricht den beobachteten Bindungseigenschaften des Methans.

Die nachfolgende Tabelle enthält einige Beispiele zu Molekülen mit Hybridorbialen:

Tab.1
Hybridorbitale
HybridisierungAusrichtungBeispiele
sp linearEthin
sp2 trigonalGraphit, Ethen
sp3 teraedrischDiamant, Methan
dsp3 trigonal-bipyramidalPhosphorpentafluorid
d2sp3 oktaedrischSchwefelhexafluorid
dsp2 quadratischTetraamminkupfer(II)-Komplex

Lerneinheiten, in denen der Begriff behandelt wird

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