Valenzbindungstheorie und hybridisierte Orbitale

Die

Valenzbindungstheorie geht davon aus, dass eine chemische Bindung durch eine Überlappung von teilweise gefüllten Atomorbitalen entsteht, einschließlich solcher, die nicht das sphärische s-Orbital sind.

Wenn sich eine einzelne Bindung zwischen zwei nicht-sphärischen Orbitalen bildet, überlappen sich die beiden Orbitale Kopf-an-Kopf.

Die Art der kovalenten Bindung, die durch Kopf-an-Kopf-Überlappung von Atomorbitalen gebildet wird, wird als Sigma-Bindung bezeichnet.

s- und p-Orbitale, die sich überlappen, um kovalente Bindungen zu bilden, können die verschiedenen Molekülformen im VSEPR-Modell nicht ergeben. Die Valenzbindungstheorie hilft, diese molekulare Geometrie durch die Hybridisierung oder Vermischung von Atomorbitalen zu erklären.

Einige Atomorbitale, die an der Bindung beteiligt sind, rekombinieren sich zu neuen Orbitalen, deren Formen eine Mischung aus den Originalen sind. Die anfängliche Anzahl der erzeugten Atomorbitale und die Anzahl der erzeugten Hybridorbitale ist immer gleich.

Die Hybridorbitale haben eine andere Form als ihre konstituierenden Atomorbitale, wobei ein Lappen deutlich größer ist als der andere. Somit ist die Wahrscheinlichkeitsdichte des Elektrons in einem Richtungslappen stark konzentriert, was zu einer effektiveren Überlappung mit den Orbitalen anderer Atome führt. Der Übersichtlichkeit halber sind diese Orbitale oft ohne die kleinen Lappen dargestellt.

Im angeregten Zustand von Kohlenstoff werden beispielsweise die Orbitale von einem s und drei p, die die vier ungepaarten Elektronen enthalten, hybridisiert, wodurch vier äquivalente hybride s-p-three-Orbitale entstehen, die die Eckpunkte eines regulären Tetraeders einnehmen.

Das Mischen von einem s- und zwei p-Orbitalen im angeregten Zustand von Kohlenstoff erzeugt drei äquivalente s-p-two-Hybridorbitale mit trigonaler planarer Geometrie.

In ähnlicher Weise kann die Hybridisierung eines s- und eines p-Orbitals zwei sp-Orbitale erzeugen, die um 180 Grad zueinander ausgerichtet sind.

Das Konzept der Hybridisierung liefert auch eine Erklärung für die Bildung von Mehrfachbindungen. Durch die seitliche Überlappung zweier p-Orbitale entsteht eine pi-Bindung.

Eine Pi-Bindung kann jedoch nur in Doppel- und Dreifachbindungen gebildet werden, wenn bereits eine Sigma-Bindung zwischen zwei Atomen besteht. Da die Pi-Bindung auf gegenüberliegenden Seiten der Kernachse existiert, können sich Pi-Bindungen nicht um diese Achse drehen.