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Vertiefung: MO-Symmetrie

Diskussion des Bindungswinkels im Wassermolekül

Nun untersuchen wir, wie man von Überlappungsbetrachtungen zwischen den Wasserstoff-Orbitalkombinationen und den Sauerstoff-Orbitalen zu Aussagen über den Bindungswinkel im Wassermolekül kommt. (Abb. 1) zeigt, dass die Überlappungen zwischen den Orbitalen der B 1 -Symmetrie [Kombinationen aus p y und Ψ B 1 (H) ] mit zunehmendem Winkel größer werden. Bei den Orbitalen mit A 1 -Symmetrie [Kombinationen aus 2 p z , 2s und Ψ A 1 (H) ] werden die Wechselwirkungen durch das Verhalten des 2 p z -Orbitals bestimmt und nehmen mit wachsendem Winkel ab.

Abb.1
Einfluss des Bindungswinkels im Wassermolekül auf das Ausmaß der Überlappung von Molekülorbitalen

Da die Orbitalwechselwirkungen für die Stabilität des Wassermoleküls verantwortlich sind, erwartet man, entsprechend der demonstrierten gegenläufigen Tendenzen, einen energetisch stabilsten Zustand des Wassermoleküls.

Walsh-Diagramme
Die hier nur qualitativ abgeleiteten Tendenzen für die Winkelabhängigkeit der Beiträge der Molekülorbitalenergie zur Bindungsenergie des gesamten Moleküls werden quantitativ in Walsh-Diagrammen dargestellt.

Die genaue Größe des Bindungswinkels für den energetisch stabilsten Zustand lässt sich jedoch mit dem Symmetriekonzept leider nicht ableiten. Ein geeigneteres Modell in diesem Hinblick ist das VSEPR-Modell. Experimentell findet man, z.B. mithilfe der Mikrowellenspektroskopie, einen Wert von 104,5°.

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