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Orbitalmodell ——————————————————————————— 23welche man als sp 3 -Hybridatomorbitale bezeichnet.Da die freiwerdende Bindungsenergie E B bei der Entstehung der Verbindung CX 4 aus denElementen die berechenbare Anregungsenergie E A und die Hybridisierungsenergie E H desKohlenstoffatoms übertrifft, stellt die tetraedrische Verteilung der negativen Ladung den e-nergieärmsten Zustand für das gebundene Kohlenstoffatom dar.Aufbau der sp 3 -Hybridorbitaleq-OrbitalBindigkeit anderer ElementeFür die Deutung der Bindigkeit anderer Elemente hat man analoge Modellvorstellungen einerOrbitalhybridisierung entwickelt. Durch Energiezufuhr können zunächst einzelne Elektronenaus doppelt besetzten Atomorbitalen entfernt und in ein unbesetztes Orbital des gleichen E-nergieniveaus „gehoben" werden. Durch Kombination unter Energieangleichung lassen sichdann ebenfalls besonders „bindungsbereite" q-Orbitale herleiten. Aus energetischen Gründentritt auch in den sich bildenden Molekülen eine Ladungsverteilung auf, welche zu Strukturenmit hoher Symmetrie führt. Elementen der ersten Achterperiode des Periodensystems stehenbekanntlich nur vier Orbitale zur Bindungsbildung zur Verfügung. Daher können Elementedieser Periode höchstens vierbindig auftreten (Oktettregel).
Orbitalmodell ——————————————————————————— 24Durch die Annahme der Energieangleichung (Hybridisierung) ist es möglich, die Gleichwertigkeitvon Atombindungen und den räumlichen Bau der gebildeten Moleküle zu erklären.Auch das Orbitalmodell hat seine Grenzen:1. Es handelt sich um eine Modellvorstellung, die nicht bewiesen werden kann, sondernauf Analogieschlüssen aufgebaut ist.2. Mathematisch genau erfassbar ist nur das Einelektronensystem des Wasserstoffatoms.Die Übertragung auf Mehrelektronensysteme, also auch auf das Kohlenstoffatom, erfolgtmit Hilfe halbempirischer Methoden.Das Ethan-MolekülDas Ethen-Moleküls.Wie die Abbildung des Ethens zeigt, sind im Molekül jeweils zwei Wasserstoffatome proKohlenstoffatom gebunden. Will man der Vierbindigkeit des Kohlenstoffs gerecht werden,dann müssen die beiden Kohlenstoffatome neben der Einfachbindung noch durch eine weitereBindung miteinander verknüpft sein, so dass zwischen ihnen eine Doppelbindung besteht.Dass im Ethen-Molekül nicht zwei Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindungen vorliegen,zeigt sich u.a. auch darin, dass die Bindungsenergie der Doppelbindung nicht dem doppeltenBetrag einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindung (2x347,8kJ/mol) entspricht, sondernnur ca. 615,9 kJ/mol erreicht. Auch ist der Abstand der beiden Kohlenstoffatome mit 1,33·10 -10 m gegenüber dem entsprechenden Abstand bei der C-C-Bindung (1,54·10 -10 m) deutlichverkürzt. Die freiwillig verlaufenden Additionsreaktionen zeigen ferner das Bestreben desMoleküls, die C=C-Bindung aufzugeben und nur die stabile Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindung beizubehalten. Es lässt sich weiter nachweisen, dass das Ethen-Molekül ebengebaut ist und alle Valenzwinkel 120° betragen.Eine Deutung dieses Sachverhalts gelingt, wenn man annimmt, dass sich hier jeweils ein sp 2 -Hybrid an den beteiligten Kohlenstoffatomen ausbildet. Es treten hierbei nur das 2s-Orbitalund zwei der 2p-Orbitale in Wechselwirkung und bilden 3 q-Orbitale, die sich in einer Ebene
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