EL-MO I Elemente, Schulbuch

sp 3 -Hybridisierung – Die Welt der Kohlenstoffverbindungen 40 40 2.3 Erweiterungen des Atombindungsmodells Abb. 040–1: Die sp 3 -Hybridisierung Abb. 040–2: Homologe Reihen Hybridisierungsmodell in der zweiten Periode Bei der Hybridisierung kommt es zu einer modellhaften Kombination der be- kannten Orbitale der bindungsfähigen Sphären zu neuen „Aufenthaltsräumen“, die man Hybridorbitale nennt. Hybridorbitale sind energetisch gleichwertig und werden nach der Hund´schen Regel zuerst einfach besetzt. Sinnvolle Hybrid- modelle, dh. solche, die eine Übereinstimmung mit experimentell ermittelten Daten ergeben, sind nur durch Kombination von Orbitalen mit ähnlicher Energie und derselben Hauptquantenzahl möglich. Das bedeutet, dass in der 2. Periode eine Hybridisierung nur zwischen 2s- und 2p-Energieniveaus möglich ist (Abb. 40–1). Die daraus resultierende maximale Bindungszahl ist 4. Das stimmt mit der Tatsache überein, dass Atome der 2. Periode immer der Oktettregel (Aus- nahme Bor: auf Grund der 3 Valenz-Elektronen sind nur maximal 3 Bindungen möglich) gehorchen. Die sp 3 -Hybridisierung Durch die modellhafte Kombination des s- und der drei p-Orbitale entstehen vier neue, energiegleiche Orbitale, die man sp 3 -Hybridorbitale nennt. Dieses erweiterte Modell kann für alle Nichtmetalle der zweiten Periode verwendet werden. Es verändert aber die Lewis-Schreibweise bei Atomen der 2. Periode nur beim Kohlenstoffatom: Die Welt der Kohlenstoffverbindungen Der Kohlenstoff besteht aus Nichtmetall-Atomen, die kettenförmige und ring- förmige Moleküle bilden können. Sie bilden dabei neben Einfach-, auch Dop- pel- und Dreifachbindungen aus. Ebenso bilden sie mit vielen anderen Atomen stabile Bindungen. Die meisten Kohlenstoffverbindungen zählt man zur „Organischen Chemie“. Verbindungen, die nur aus C und H Atomen aufgebaut sind, nennt man Kohlen- wasserstoffe . Man teilt sie in folgende Gruppen ein: Alkane : nur Einfachbindungen mit der allgemeinen Summenformel C n H 2n+2 Alkene : eine Doppelbindung mit der allgemeinen Summenformel C n H 2n Alkine : eine Dreifachbindung allgemeinen Summenformel C n H 2n–2 Cycloalkane : ringförmig mit Einfachbindungen; Summenformel C n H 2n Bei organischen Verbindungen existieren zu einer Summenformel oft mehrere mögliche Strukturformeln. Diese nennt man Isomere . Beispiele C 5 H 10 : C N O F Ne Es sind maximal 4 Hybridorbitale möglich. Man nennt diese 4 Hybridorbitale sp 3 . (Die Hochzahl entspricht hier der für die Hy- bridisierung verwendeten Orbitale. Ein s- und 4 p-Orbitale ergeben vier Hybridorbitale) Das Hybridisierungsmodell ändert in der 2. Periode nur die Bindungsanzahl am C-Atom. Man kann das Modell aber für alle Atome der 2. Periode verwenden. Atome der 2. Periode müssen immer der Oktett- regel gehorchen. Ausnahme: Bor. Elektronenkonfiguration von C: 1s 2 2(sp 3 ) 4 Meth an Eth an Prop an C 1 C 2 C 3 Anzahl der C-Atome Nur Einfachbindungen, alle C-Atome in einer Kette ALK ANE H C H H H H C H H C H H H H C H H C H C H H H H C • • • • C • • isoliertes C-Atom C-Atom im Teilchenverband MODELL: " Hybridisierung" Energie Energie s p Hybridorbitale Eth en Prop en C 2 C 3 Anzahl der C-Atome Eine Doppelbindung, alle C-Atome in einer Kette ALK ENE C C H H H H Schüler-Experiment 2.1 Molekülmodelle mit dem Molekülbaukasten C C C C C H H H H H H H H H H C C C C C C C C C C H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H C C C C C C C C C C C C C C C H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv