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Um die fünf Bindungsorbitale in einer trigonal-bipyramidalen Anordnung zu beschreiben, müssen wir fünf der Valenzschalen-Atomorbitale verwenden (das s-Orbital, die drei p-Orbitale und eines der d-Orbitale), was fünf sp3d-Hybridorbitale ergibt. Bei einer oktaedrischen Anordnung von sechs Hybridorbitalen müssen wir sechs Atomorbitale der Valenzschale verwenden (das s-Orbital, die drei p-Orbitale und zwei der d-Orbitale in seiner Valenzschale), was sechs sp3d2-Hybridorbitale ergibt. Diese Hybridisierungen sind nur für Atome möglich, die d-Orbitale in ihren Valenzunterschalen haben (also nicht solche in der ersten oder zweiten Periode).
In einem Molekül Phosphorpentachlorid, PCl5, gibt es fünf P-Cl-Bindungen (also fünf Valenzelektronenpaare um das Phosphoratom), die auf die Ecken einer trigonalen Bipyramide gerichtet sind. Wir verwenden das 3s-Orbital, die drei 3p-Orbitale und eines der 3d-Orbitale, um den Satz von fünf sp3d-Hybridorbitalen zu bilden, die an den P–Cl-Bindungen beteiligt sind. Andere Atome, die eine sp3d-Hybridisierung zeigen, sind das Schwefelatom in SF4 und die Chloratome in ClF3 und in ClF4+.
Das Schwefelatom in Schwefelhexafluorid, SF6, weist eine sp3d2-Hybridisierung auf. Ein Schwefelhexafluoridmolekül verfügt über sechs Bindungselektronenpaare, die sechs Fluoratome mit einem einzelnen Schwefelatom verbinden. Im Zentralatom gibt es keine einsamen Elektronenpaare. Um sechs Fluoratome zu binden, bilden das 3s-Orbital, die drei 3p-Orbitale und zwei der 3d-Orbitale sechs äquivalente sp3d2-Hybridorbitale, die jeweils auf eine andere Ecke eines Oktaeders gerichtet sind. Andere Atome, die eine sp3d2-Hybridisierung zeigen, sind das Phosphoratom in PCl6−, das Iodatom in den Interhalogenen IF6+, IF5, ICl4−, IF4− und das Xenonatom in XeF4.
Dieser Text wurde adaptiert von Openstax, Chemistry 2e, Section 8.2:-Hybrid Atomic Orbitals.
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
