Hybrid-Orbital
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Einordnung: Atomphysik | Physikalische Chemie | Chemische Bindung
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Ein Hybrid-Orbital ist ein Orbital, das rechnerisch aus einer Linearkombination der Wellenfunktionen der grundlegenden Orbitale entsteht. Diesen Modellierungsvorgang nennt man Hybridisierung der Orbitale.
| Inhaltsverzeichnis |
Mechanismus
Die durch Quadrierung der Wellenfunktion der jeweiligen Elektronen erzeugten Orbitale stimmen nicht immer mit den aufgrund chemischer Eigenschaften zu vermutenden Formen überein. So stellt man 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. Tatsächlich stellt man aber fest, dass die vier Bindungen gleichartig und nicht unterscheidbar sind. Dies kann man durch sp3-Hybridisierung erklären: Das doppelt besetzte, kugelförmige s-Orbital wird mit den drei einfach beziehungsweise nicht besetzten hantelförmigen p-Orbitalen zu vier gleichen, kegelförmigen sp3-Hybridorbitalen kombiniert, die mit je einem Elektron besetzt sind. Diese richten sich tetraedrisch im Raum aus und bilden mit den s-Elektronen des Wasserstoffs gleiche Atombindungen. Das so entstandene Modell entspricht den beobachteten Eigenschaften des Methans.
Physikalische Interpretation
Orbitale ergeben sich als Lösung des Einelektronenproblems (Wasserstoffatom) in der Quantenmechanik. In Atomen mit mehreren Elektronen muß die Elektron-Elektron-Wechselwirkung (Coulombwechselwirkung, Austauschwechselwirkung) einbezogen werden. Unter Einfluß dieser Wechselwirkung treten Hybrid-Orbitale auf, die zu einer Absenkung der Gesamtenergie des Atoms führen.
Beispiele
| Hybridisierung | Ausrichtung | Beispiele |
|---|---|---|
| sp | linear | HgCl2, Ethin |
| sp2 | trigonal | BF3, Graphit, Ethen |
| sp3 | tetraedrisch | CH4, Diamant |
| dsp3 | trigonal-bipyramidal | PF5 |
| d2sp3 | oktaedrisch | SF6 |
| dsp2 | quadratisch | Kupferkomplexe |
siehe auch
Molekülorbital, Chemische Bindung, Komplexchemie
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