Organische Chemie

Hybridisierung

In der Chemie geht es bei der Hybridisierung um das Verschmelzen und Mischen von Orbitalen. In diesem Beitrag erklären wir dir wie und wann die Hybridisierung zustande kommt. Außerdem gehen wir auf verschiedene Formen dieser ein.

Du möchtest alles kurz und knapp in einem Video erklärt bekommen? Dann schau doch hier %VERWEIS Hybridisierung mal rein.

Inhaltsübersicht

Hybridisierung einfach erklärt

In der Natur kommen Bindungen zwischen Atomen öfters anders vor, als sie theoretisch erwartet werden. Zum Beispiel hat der Kohlenstoff C nur 2 Valenzelektronen, kann aber dennoch 4 gleichwertige Bindungen mit 4 Wasserstoffatomen H zu Methan CH4 eingehen. Das ist möglich durch die sogenannte Hybridisierung. Dabei verschmelzen verschiedene Orbitale miteinander und ergeben sogenannte Hybridorbitale. Das hat zur Folge, dass sich die Elektronen in der Bindung räumlich besser verteilen können und der energetische Zustand des gesamten Moleküls sinkt. Es wird also stabiler. 

Definition: Hybridisierung

Bei der Hybridisierung geht es um das Verschmelzen von verschiedenen Orbitalen in einem Atom, um sich dann besser mit einem anderen Atom binden zu können. Die Hybridorbitale ermöglichen es dem Molekül dann, einen energetisch günstigeren Zustand anzunehmen.

Orbitalmodell Hybridisierung

Die Hybridisierung baut auf der Theorie der Orbitalmodelltheorie auf. Nach der Theorie bewegen sich Elektronen in dreidimensionalen Räumen um den Atomkern. Du hast in diesem Zusammenhang das s-, p- und d- Orbital mit ihrer räumlichen Form in unserem Beitrag kennengelernt. Diese Orbitale können dann bei unterschieldichen Molekülen miteinander verschmelzen oder auch hybridisieren. Dabei ändert sich dann die äußere Form der Orbitale und es entstehen die sogenannten Hybridorbitale .

Hybridisierung Chemie

Im Folgenden wird die kovalente Bindung%Verweis kovalente Bindung näher betrachtet. Generell entsteht diese Art der Bindung in der Chemie immer dort, wo sich zwei Orbitale miteinander überlappen und Elektronen somit geteilt werden können. Die kovalente Bindung kann nach ihrer Symmetrie weiter in sigma und pi Bindungen unterteilt werden.

Sigma Bindung

Bei einer sigma Bindung ist die Ladeverteilung der Elektronen in der Verbindung rotationssymmetrisch zur Bindungsachse. Damit diese Art der Bindung zustande kommt, müssen sich die zwei Elektronenwolken der Bindungspartner stärker überlappen als bei der pi Bindung. Das führt dazu, dass die sigma Bindung energetisch stabiler ist. Zu der sigma Bindung kommt es, wenn zwei s- oder zwei p- oder ein s- und ein p-Orbital miteineander binden.

Pi Bindung

Die pi Bindung kommt durch eine Überlappung von d- und p-Orbitalen zustande. Sie ist nicht rotationssysmmetrisch. Und zwar verteilt sich hier die Ladung unter und oberhalb der Knoten der Orbitale. Dabei wird die Bindung auch als delokalisiert bezeichnet, weil man nicht genau weiß, wo sich das bindende Elektronenpaar gerade aufhält.

sp Hybridisierung

Ethin C2H2 ist ein Molekül, das sp hybridisiert ist. Es ist linear aufgebaut, das bedeutet der Winkel zwischen den Orbitalen beträgt 180°. Außerdem besitzt das Molekül zwischen den zwei Kohlenstoffatomen eine Dreifachbindung. Diese Dreifachbindung besteht aus einer sigma und zwei pi Bindungen.

Wie der Name in der Überschrift schon andeutet, verschmelzen hier nur ein s- und ein p- Orbital miteinander. Genauer gesagt, hybridisiert das 2s und das 2p Orbital zu einem keulenformigen Hybridorbital. Die restlichen Elektronen bleiben in ihren Aufenthaltsräumen im Grundzustand.

sp2 Hybridisierung

Bei Ethen C2H4 liegt eine sp2 Hybridisierung vor. Das heißt es hybridisiert ein s-Orbital und zwei p-Orbitale. Es kommt dann zu drei energetisch gleichwertigen sp2 Hybridorbitalen. Ein p-Orbital bleibt im Grundzustand übrig. Dadurch kommt es zu einer Doppelbindung zwischen den zwei Kohlenstoffatomen und einer Einfachbindung zu dem jeweiligen Wasserstoffatomen. Der Winkel zwischen den Orbitalen hier ist 120° und gibt die energetisch günstigste räumliche Anordnung der Elektronen wieder.

sp3 Hybridisierung

Die sp3 Hybridisierung kann gut am Molkeül Methan CH4 verdeutlicht werden. Kohlenstoff C besitzt zwei Außenelektronen und dürfte sich normalerweise nur mit 2 H-Atomen binden. Nun liegen aber vier gleichwertige Bindungen bei Methan vor. Sie sind nicht voneinander unterscheidbar. Das kommt aufgrund der der sp3 Hybridisierung zustande. Ein kugelförmiges s- und drei hantelförmige p-Orbitale des Kohlenstoffes verschmelzen miteinander zu 4 keulenformigen sp3 Hybridorbitalen. Diese Orbitale liegen energetisch ein klein wenig niedriger als das p- und höher als das ursprüngliche s-Orbital. Aufgrunddessen hat jedes Hybridorbital ein Elektron und kann sich mit jeweils einem Wasserstoffatom binden. Dadurch sinkt die Gesamtenergie des kompletten Moleküls. Methan nimmt so die äußere Form eines Tetraeders an. Das spiegelt einen Winkel von 109,5° zwischen den Orbitalen wider.

%<img id="object_1" class="image" src="http://www.chemgapedia.de/vsengine/media/vsc/de/ch/2/oc/physikalische_grundlagen/chemische_bindung/hybridisierung/sp3/hybridsp3.gif" width="500" height="175" />

In einem Molekülorbitalmodell würde die sp3 Hybridisierung von Kohlenstoff wie folgt aussehen. Zuerst gibt es zwei vollbesetzte s-Orbitale und das teilweise von Elektronen besetzte p-Orbital. Findet nun die Hypridisierung statt, so entstehen vier sp3 Hybridorbitale mit jeweils einem Elektron. Diese Hybride liegen energetisch knapp unter den ursprünglichen p-Orbitalen. Das 1s Orbital bleibt dabei unverändert in seinem Grundzustand.

DNA Hybridisierung

DNA kann auch hybridisiert werden. Dabei wird aus zwei Einzelsträngen der DNA ein Doppelstrang. Dies kann nur erfolgen, wenn beide Einzelstränge komplementäre Basen besitzen. Der zugrunde liegende Mechanismus sind die Wasserstoffbrückenbindungen .

 

Hallo, leider nutzt du einen AdBlocker.

Auf Studyflix bieten wir dir kostenlos hochwertige Bildung an. Dies können wir nur durch die Unterstützung unserer Werbepartner tun.

Schalte bitte deinen Adblocker für Studyflix aus oder füge uns zu deinen Ausnahmen hinzu. Das tut dir nicht weh und hilft uns weiter.

Danke!
Dein Studyflix-Team

Wenn du nicht weißt, wie du deinen Adblocker deaktivierst oder Studyflix zu den Ausnahmen hinzufügst, findest du hier eine kurze Anleitung. Bitte lade anschließend die Seite neu.