Valenzbindungstheorie

Die Valenzbindungstheorie ist eine Methode, um zu verstehen, wie sich die Atomorbitale aus dem quantenmechanischen Modell überlappen können, um eine kovalente Bindung zu erzeugen. Sie gibt an, dass Bindungen entstehen, wenn atomare Wechselwirkungen die Gesamtenergie des Systems senken. Betrachten Sie die Bildung eines Wasserstoffmoleküls.

Jedes Atom hat ein einzelnes Elektron in seinem 1s-Orbital. Wenn die Wasserstoffatome weit voneinander entfernt sind, erfahren sie weder Anziehung zueinander noch Abstoßung voneinander, und die Energie des Systems wird als Null angenommen. Wenn sich die Atome einander nähern, erfährt jedes Elektron die Anziehung des Kerns vom anderen Atom.

Gleichzeitig stoßen sich die Elektronen gegenseitig ab, ebenso wie die Kerne. Wenn die Anziehungskräfte stärker sind als die Abstoßungskräfte, nimmt die Energie des Systems ab, wenn sich die Atome einander nähern. Die minimale potentielle Energie wird erreicht, wenn die Elektron-Elektron-und Kern-Kern-Abstoßungen die Anziehungskräfte zwischen Elektronen und Kernen ausgleichen.

Bei Wasserstoffmolekülen geschieht dies, wenn die Bindungslänge 74 Pikometer beträgt. Zu diesem Zeitpunkt tritt eine wesentliche Überlappung der beiden 1s-Orbitale des Wasserstoffs auf und bildet eine kovalente Bindung. Die beiden Elektronen mit entgegengesetztem Spin werden von beiden Kernen angezogen und liegen in dem von beiden Atomorbitalen geteilten Raum.

Wenn der Abstand zwischen den Kernen weiter verringert wird, beginnt die Energie zu steigen, was hauptsächlich auf die elektrostatische Abstoßung zwischen den Kernen zurückzuführen ist. Die Valenzbindungstheorie besagt, dass eine chemische Bindung durch eine Überlappung teilweise gefüllter Atomorbitale entsteht, einschließlich anderer, als die sphärischer s-Orbitale. Bei Fluorwasserstoff können das halbgefüllte 1s-Orbital von Wasserstoff und das halbgefüllte 2p-Orbital von Fluor wechselwirken.

Das p-Orbital liegt entlang der inneren Kernachse und überlappt sich mit dem Wasserstoff s-Orbital unter Bindungsbildung. Wenn sich eine Einfachbindung zwischen zwei nicht-sphärischen Orbitalen bildet, überlappen sich die beiden Orbitale Kopf an Kopf. Die kovalente Bindung in einem Fluormolekül wird aus der Überlappung zweier halbgefüllter p-Orbitale gebildet, was die maximale Überlappung und eine stärkere Bindung sicherstellt.

Die Art der kovalenten Bindung, die durch Kopf-an-Kopf-Überlappung der Atomorbitale gebildet wird, wird als σ-Bindung bezeichnet.