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Chemie für Mediziner: Chemische Bindung

sp3-Hybridisierung

Da Kohlenstoff für die organische Chemie eine besondere Rolle spielt, soll an dieser Stelle genauer auf die Bindungsverhältnisse des Kohlenstoff-Atoms eingegangen werden.Bindungen am Kohlenstoff sind Atombindungen. Das Kohlenstoff-Atom hat in seiner äußeren Schale 4 Elektronen (Elektronenkonfiguration: 2s2 2p2). Davon liegen zwei Elektronen als Elektronenpaar (2s2) vor und zwei frei (2p2). Das bedeutet, dass nur zwei Elektronen für Bindungen zur Verfügung stehen. Allerdings würde dann die Oktettregel nicht erfüllt (höchstens 6 Elektronen). Andererseits ist bekannt, dass Kohlenstoff vierbindig ist (Bsp: CH4). Dies wird folgendermaßen erklärt: Die Valenzelektronen reorganisieren sich so, dass vier Elektronen für Bindungen zur Verfügung stehen. Das 2s- und die 2p-Orbitale verbinden sich zu vier sp3-Hybridorbitalen, die energetisch gleichwertig sind. (sp3 bedeutet, dass an diesen Hybridorbitalen ein s- und drei p-Orbitale beteiligt sind.)

Abb.1
Hybridisierung

Die elektronische Verteilung der Hybridorbitale stellt man sich ungefähr so vor:

Abb.2

Dieser Orbitalgestalt versucht man mit folgender Modellbildung gerecht zu werden. Die Oberfläche des Orbitalmodells wird aus den Punkten mit einer bestimmten Elektronendichte gebildet. Die Elektronendichte entspricht dem Quadrat der Wellenfunktion. Diese Oberfläche wird üblicherweise in zwei Farben kodiert, um zu kennzeichnen, dass die Wellenfunktion selbst in diesen Räumen ein unterschiedliches Vorzeichen besitzt.

Die 4 sp3-Hybridorbitale ordnen sich im Raum so an, dass sie möglichst weit voneinander entfernt sind. Dies wird durch eine tetraedrische Anordnung erreicht.

Abb.3
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