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Sp2-Hybridisierung: Was du über Kohlenstoff und Sauerstoff wissen musst!

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21.2.2021

Chemie

Molekülbindung und Hybridisierung

Sp2-Hybridisierung: Was du über Kohlenstoff und Sauerstoff wissen musst!

Ein umfassender Überblick über Molekülbildung, Hybridisierung und chemische Bindungen in organischen und anorganischen Verbindungen.

  • Der Kurztest zur Molekülbildung und Hybridisierung deckt verschiedene Aspekte der chemischen Bindung ab, einschließlich der Bildung von Brommolekülen, sp2-Hybridisierung von Kohlenwasserstoffen und der Struktur von Borsäure.
  • Es werden Konzepte wie Energieverläufe bei der Molekülbildung, Hybridorbitale, Strukturformeln und Bindungstypen behandelt.
  • Besonderer Fokus liegt auf der Anwendung des Hybridisierungsmodells sowohl in organischen als auch in anorganischen Molekülen.
...

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Chemie

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21. Feb. 2021

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Sp2-Hybridisierung: Was du über Kohlenstoff und Sauerstoff wissen musst!

Ein umfassender Überblick über Molekülbildung, Hybridisierung und chemische Bindungen in organischen und anorganischen Verbindungen.

  • Der Kurztest zur Molekülbildung und Hybridisierung deckt verschiedene Aspekte der chemischen Bindung ab, einschließlich der Bildung von Brommolekülen, sp2-Hybridisierung von Kohlenwasserstoffen und der Struktur von Borsäure.... Mehr anzeigen

Kurztest zur Molekülbildung und Hybridisierung
1.1 Die Skizze beschreibt den
energetischen Verlauf der
Bildung eines Br2-Moleküls.
Beschreib

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Molekülbildung und Hybridisierung

Die Bildung von Brommolekülen Br2Br2 wird durch einen energetischen Verlauf charakterisiert, der in drei Phasen unterteilt ist. In Phase I nähern sich die Bromatome an und erfahren zunächst schwache Van-der-Waals-Anziehungskräfte. Phase II ist durch ein Gleichgewicht zwischen anziehenden und abstoßenden Kräften gekennzeichnet, was zum Energieminimum und zur Bildung der kovalenten Bindung führt. In Phase III überwiegen die abstoßenden Kräfte zwischen den Atomkernen.

Vocabulary: Van-der-Waals-Kräfte sind schwache intermolekulare Anziehungskräfte zwischen Atomen oder Molekülen.

Die Bindung im Brommolekül wird als kovalente Einfachbindung bezeichnet. Der mit "b" gekennzeichnete Wert in der Skizze repräsentiert die Bindungsenergie des Br2-Moleküls.

Die Sp2-Hybridisierung von Kohlenstoff ist ein fundamentales Konzept in der organischen Chemie. Bei diesem Prozess vermischen sich ein s-Orbital und zwei p-Orbitale des Kohlenstoffatoms zu drei energetisch gleichwertigen sp2-Hybridorbitalen. Diese liegen in einer Ebene und bilden einen Winkel von 120° zueinander. Das verbleibende p-Orbital steht senkrecht zu dieser Ebene.

Highlight: Die Sp2-Hybridisierung ermöglicht die Bildung von Doppelbindungen und ist charakteristisch für viele organische Verbindungen wie Alkene und Aromaten.

In einem komplexeren Kohlenwasserstoffmolekül können verschiedene Orbitale miteinander wechselwirken. Die gegebenen Informationen deuten auf ein Molekül mit folgenden Orbital-Überlappungen hin:

  • Eine sp2-sp2 Überlappung
  • Eine p-p Überlappung
  • Zwei sp3-sp2 Überlappungen
  • Sechs sp3-s Überlappungen
  • Zwei sp2-s Überlappungen

Diese Kombination von Orbital-Überlappungen lässt auf ein Molekül mit einer Doppelbindung und mehreren Einfachbindungen schließen. Es könnte sich um ein Alken wie 2-Methylpropen IsobutenIsobuten handeln.

Example: Die Strukturformel von 2-Methylpropen wäre:

  CH3
   |

CH3-C=CH2

Der Unterschied zwischen σ- und π-Bindungen liegt in ihrer räumlichen Orientierung und Elektronendichte. σ-Bindungen entstehen durch die Überlappung von Orbitalen entlang der Verbindungsachse der Atome und sind rotationssymmetrisch. π-Bindungen entstehen durch die seitliche Überlappung von p-Orbitalen und bilden Bereiche erhöhter Elektronendichte ober- und unterhalb der Bindungsebene.

Die Sp2-Hybridisierung spielt auch in anorganischen Molekülen wie Borsäure H3BO3H3BO3 eine wichtige Rolle. In der Lewis-Formel von H3BO3 ist das zentrale Boratom von drei Sauerstoffatomen umgeben, die jeweils eine Hydroxylgruppe OH-OH bilden.

Definition: Die Lewis-Formel ist eine zweidimensionale Darstellung der Valenzelelektronen in einem Molekül.

Das Boratom in H3BO3 weist eine sp2-Hybridisierung auf, was zu einer trigonal-planaren Molekülgeometrie führt. Die Sp2-Hybridisierung des Bors erklärt den Bindungswinkel von etwa 120° zwischen den B-O-Bindungen.

Vocabulary: Trigonal-planar bezeichnet eine Molekülgeometrie, bei der ein Zentralatom von drei Substituenten in einer Ebene umgeben ist.

In der Borsäure finden wir folgende Bindungen:

  • B-O-Bindungen: Kovalente Einfachbindungen zwischen dem sp2-hybridisierten Boratom und den Sauerstoffatomen.
  • O-H-Bindungen: Kovalente Einfachbindungen zwischen den Sauerstoff- und Wasserstoffatomen.

Highlight: Borsäure H3BO3H3BO3 ist ein interessantes Beispiel für die Sp2-Hybridisierung in anorganischen Molekülen und zeigt, wie Hybridisierungskonzepte auch außerhalb der organischen Chemie anwendbar sind.

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