Hybridisatie van atomaire orbitalen II

De trigonale bipyramidale, octaëdrische en andere moleculaire vormen kunnen worden verklaard door de deelname van 3d-orbitalen aan het hybridisatieproces aan te nemen. Het fosforpentachloridemolecuul heeft een trigonale bipyramidale vorm en bevat 5 valentie-elektronen. Fosfor gebruikt de 3s-orbitaal, de drie 3p-orbitalen en een van de 3d-orbitalen om vijf sp3d-hybride orbitalen te vormen die betrokken zijn bij de fosfor-chloorbindingen.

Zwavelhexafluoride heeft een octaëdrische structuur en bevat 6 valentie-elektronen. De 3s-orbitaal, de drie 3p-orbitalen en twee van de 3d-orbitalen op zwavel vormen zes equivalente sp3d2-hybride orbitalen. Deze zes sp3d2-orbitalen vormen een octaëdrische structuur rond zwavel en nemen deel aan de vorming van zwavel-fluor-bindingen.

Het concept van hybridisatie geeft ook een verklaring voor de vorming van meerdere bindingen. De zijwaartse overlap van twee p-orbitalen geeft aanleiding tot een pi-binding. Een pi-binding kan echter alleen worden gevormd in dubbele en drievoudige bindingen als er al een sigma-binding bestaat tussen twee atomen.

Omdat de pi-binding aan weerszijden van de internucleaire as bestaat, kunnen pi-bindingen niet rond deze as draaien. In het etheenmolecuul vertonen beide koolstofatomen sp2-hybridisatie. Het mengen van één s-orbitaal en twee p-orbitalen van een koolstofatoom produceert drie identieke sp2-hybride orbitalen en één p-orbitaal blijft onhybridiseerd.

De koolstof-koolstof sigma-binding wordt gevormd door de overlapping van twee sp2-hybride orbitalen, één op elk koolstofatoom. De twee koolstof-waterstof-sigma-bindingen op elke koolstof worden gevormd door de overlapping van twee sp2-hybride orbitalen met de 1s-orbitalen op het waterstofatoom. Er worden dus vijf sigma-bindingen gevormd in het etheenmolecuul.

De niet-gehybridiseerde 2p-orbitalen op de koolstofatomen overlappen elkaar zijwaarts om een pi-binding te produceren. Alle zes atomen liggen in hetzelfde vlak en daarom kunnen 2p-orbitalen elkaar effectief overlappen. De dubbele binding in etheen bestaat dus uit één sigma-en één pi-binding.

De drievoudige bindingen en de lineaire geometrie van ethyn kunnen worden verklaard met behulp van sp-hybridisatie. De 2s-en 2p-orbitalen van beide koolstofatomen ondergaan hybridisatie om elk twee sp-orbitalen te produceren, en twee p-orbitalen blijven onhybridiseerd. Een van de sp-orbitaal vormt een sigma-binding met het andere koolstofatoom, terwijl de resterende sp-orbitaal een sigma-binding vormt met een waterstofatoom.

De twee niet-gehybridiseerde 2p-orbitalen staan loodrecht en snijden elkaar op de hoofdas van de sp-hybride orbitalen. Deze 2p-orbitalen overlappen zijwaarts met de 2p-orbitalen van het andere koolstofatoom, wat resulteert in de vorming van twee pi-bindingen. Daarom bestaat de drievoudige binding in ethyn uit één sigma-binding en twee pi-bindingen tussen de twee koolstofatomen.