Orbitalmodell und Elektronenkonfiguration

Das Orbitalmodell beschreibt die räumliche Verteilung von Elektronen in Atomen. S-Orbitale sind kugelförmig und energieärmer, während p-Orbitale hantelförmig sind und energetisch gleichwertige Elektronen in der Schale haben. Die Besetzung der Orbitale folgt bestimmten Regeln:

Definition: Ein Orbital kann maximal zwei Elektronen tragen.

Highlight: Energieärmere Orbitale werden zuerst besetzt, und energetisch gleichwertige Orbitale werden zunächst alle einfach, dann erst doppelt besetzt.

Die Elektronenkonfiguration wird in einem Energiediagramm dargestellt, wie am Beispiel des Helium-Atoms gezeigt.

Example: Das Helium-Atom hat zwei Elektronen im 1s-Orbital.

Hybridisierung

Hybridisierung ist ein Konzept, das erklärt, wie Atome Bindungen eingehen können, die nicht mit ihrem Grundzustand vereinbar sind.

Definition: Bei der Hybridisierung nähern sich Nichtmetallatome zur Bindungsbildung, wobei Elektronen in den Außenschalen in einen angeregten Zustand geraten.

Vocabulary: Sp³-Hybridorbitale sind keulenförmige Orbitale, die durch die Kreuzung eines s-Orbitals mit drei p-Orbitalen entstehen.

Am Beispiel des Kohlenstoffatoms wird gezeigt, wie durch sp³-Hybridisierung vier gleichartige Orbitale in den Außenschalen gebildet werden. Diese Hybridorbitale stoßen sich aufgrund ihrer negativen Ladung ab und bilden eine tetraedrische Struktur mit einem Winkel von 109°.

Highlight: Halogenatome hybridisieren nicht!

Bindungstypen und Orbitalüberlappung

Einfachbindung

Eine Einfachbindung entsteht durch die Überlappung eines Orbitals der Außenschale eines Atoms mit einem Orbital der Außenschale eines anderen Atoms.

Definition: Bei der Überlappung entsteht ein gemeinsamer Raum, in dem sich die Bindungselektronen bewegen, genannt bindendes Molekülorbital oder σ-Orbital.

Highlight: Die sich überlappenden Orbitale müssen jeweils mit einem Elektron besetzt sein.

Doppelbindung

Bei einer Doppelbindung nehmen nicht alle p-Orbitale an der Hybridisierung teil.

Example: Bei der sp²-Hybridisierung entstehen drei Hybridorbitale, die sich in einem Winkel von 120° abstoßen, und ein senkrecht dazu stehendes p-Orbital.

Am Beispiel von Ethen wird gezeigt, wie es zur Bildung von drei σ-Molekülorbitalen kommt. Das trigonal planare Grundgerüst ist charakteristisch für Doppelbindungen.

Highlight: Die Überlappung der einfach besetzten p-Orbitale führt zur Bildung eines π-Orbitals.

Dreifachbindung

Bei einer Dreifachbindung kommt es zur sp-Hybridisierung.

Definition: Bei der sp-Hybridisierung entstehen nur zwei Hybridorbitale, was zu einer linearen Struktur führt.

Am Beispiel von Ethin wird gezeigt, wie zwei sp-Hybridorbitale und zwei p-Orbitale zur Bildung von zwei σ-Bindungen und zwei π-Bindungen führen.

Vocabulary: Sp-Hybridisierung führt zur Ausbildung von zwei σ-Bindungen und zwei π-Bindungen in einer linearen Struktur.

Diese verschiedenen Hybridisierungsformen und Bindungstypen sind grundlegend für das Verständnis der Molekülstrukturen und chemischen Eigenschaften von Verbindungen.