Hybridisierung von Atomorbitalen II

Die trigonale bipyramidale, oktaedrische und andere molekulare Formen können durch die Annahme der Beteiligung von 3d-Orbitalen am Hybridisierungsprozess erklärt werden. Das Phosphorpentachlorid-Molekül hat eine trigonale bipyramidale Form und enthält 5 Valenzelektronen. Phosphor verwendet das 3s-Orbital, die drei 3p-Orbitale und eines der 3d-Orbitale, um fünf sp3d-Hybridorbitale zu bilden, die an den Phosphor-Chlor-Bindungen beteiligt sind.

Schwefelhexafluorid hat eine oktaedrische Struktur und enthält 6 Valenzelektronen. Das 3s-Orbital, die drei 3p-Orbitale und zwei der 3d-Orbitale auf Schwefel bilden sechs äquivalente sp3d2-Hybridorbitale. Diese sechs sp3d2-Orbitale bilden eine oktaedrische Struktur um Schwefel und sind an der Bildung von Schwefel-Fluor-Bindungen beteiligt.

Das Konzept der Hybridisierung liefert auch eine Erklärung für die Bildung von Mehrfachbindungen. Die seitliche Überlappung von zwei p-Orbitalen führt zur Bildung einer π Bindung. Bei Doppel-und Dreifachbindungen kann eine π-Bindung jedoch nur dann gebildet werden, wenn zwischen zwei Atomen bereits eine σ-Bindung besteht.

Da die π Bindung auf gegenüberliegenden Seiten der inneren Kernachse existiert, können sich π-Bindungen nicht um diese Achse drehen. Im Ethen-Molekül weisen beide Kohlenstoffe eine sp2-Hybridisierung auf. Die Mischung von einem s-Orbital und zwei p-Orbitalen eines Kohlenstoffatoms erzeugt drei identische sp2-Hybridorbitale, und ein p-Orbital wird nicht hybridisiert.

Die Kohlenstoff-Kohlenstoff σ-Bindung wird durch die Überlappung von zwei sp^2-Hybridorbitalen, eines an jedem Kohlenstoffatom, gebildet. Die beiden Kohlenstoff-Wasserstoff σ-Bindungen an jedem Kohlenstoffatom werden durch die Überlappung von zwei sp^2-Hybridorbitalen mit den 1s-Orbitalen am Wasserstoffatom gebildet. Auf diese Weise werden im Ethen-Molekül fünf σ-Bindungen gebildet.

Die unhybridisierten 2p-Orbitale an den Kohlenstoffen überlappen sich seitlich miteinander, um eine π-Bindung zu erzeugen. Alle sechs Atome liegen in der gleichen Ebene, sodass sich 2p-Orbitale effektiv überlappen können. Daher besteht die Doppelbindung in Ethen aus einer σ-und einer π-Bindung.

Die Dreifachbindungen und die lineare Geometrie von Ethin lassen sich durch sp-Hybridisierung erklären. Die 2s-und 2p-Orbitale beider Kohlenstoffatome werden so hybridisiert, dass jeweils zwei sp-Orbitale entstehen und zwei p-Orbitale werden nicht hybridisiert. Eines der sp-Orbitale bildet eine σ-Bindung mit dem anderen Kohlenstoffatom, während das verbleibende sp-Orbital eine σ-Bindung mit einem Wasserstoffatom bildet.

Die beiden unhybridisierten 2p-Orbitale stehen senkrecht zueinander und schneiden sich in der Hauptachse der sp-Hybridorbitale. Diese 2p-Orbitale überlappen seitlich mit den 2p-Orbitalen des anderen Kohlenstoffatoms, was zur Bildung von zwei π-Bindungen führt. Daher besteht die Dreifachbindung in Ethin aus einer σ-Bindung und zwei π-Bindungen zwischen den beiden Kohlenstoffatomen