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Hybridisierung von Orbitalen in 3D – sp³, sp², sp, Sigma- und Pi-Bindungen

ChemieChemische BindungAlter 15–16

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Ein drehbares 3D-Modell zeigt, wie sich die 2s- und 2p-Orbitale des Zentralatoms zu sp³- (CH₄, NH₃, H₂O), sp²- (C₂H₄, BF₃) und sp-Hybridorbitalen (C₂H₂, CO₂) mischen, mit ihren Richtungen und Winkeln. Danach kommen die Bindungspartner hinzu: σ-Bindungen entstehen durch Überlappung entlang der Bindungsachse, π-Bindungen durch seitliche Überlappung nicht hybridisierter p-Orbitale. Gehen Sie die drei Schritte durch, zählen Sie σ- und π-Bindungen, verfolgen Sie das Kästchenschema der Elektronen und wechseln Sie zum Kugel-Stab-Modell.

Lektion: Elektronenpaarbindung: Hybridisierung von Atomorbitalen (sp, sp², sp³), Sigma- und Pi-Bindungen

Was sie zeigt

Die Hybridisierung erklärt, warum Moleküle ihre Form haben. Das 2s-Orbital des Zentralatoms mischt sich mit einem, zwei oder drei 2p-Orbitalen zu sp-, sp²- oder sp³-Hybridorbitalen, die 180°, 120° oder 109,5° auseinanderliegen; die Zahl der Elektronendomänen entscheidet darüber. In diesem 3D-Modell sehen Sie, wie sich die Orbitale mischen und dann die Bindungspartner hinzukommen: Überlappung entlang der Bindungsachse ergibt σ-Bindungen, seitliche Überlappung der übrigen p-Orbitale ergibt π-Bindungen ober- und unterhalb der Achse. Freie Elektronenpaare in NH₃ und H₂O verkleinern die Winkel; Ethen und Ethin zeigen Doppel- und Dreifachbindungen.

So funktioniert es

Wählen Sie ein Molekül und klicken Sie auf Nächster Schritt, um von 1. Atomorbitale über 2. Hybridisierung zu 3. σ- und π-Bindungen zu gelangen; Hybridisierung wiederholen zeigt das Mischen erneut. Lassen Sie die Lernenden vor Schritt 3 die Hybridisierung und die Zahl der σ- und π-Bindungen vorhersagen und am Kästchenschema und an der Zählung prüfen. Wechseln Sie zum Kugel-Stab-Modell, um Bindungsarten zu vergleichen, und nutzen Sie Bindungswinkel, um CH₄, NH₃ und H₂O zu vergleichen.

Einstellbare Parameter

  • Molekül CH₄ – Methan, NH₃ – Ammoniak, H₂O – Wasser, C₂H₄ – Ethen, BF₃ – Bortrifluorid, C₂H₂ – Ethin, CO₂ – Kohlenstoffdioxid
  • Angezeigter Schritt 1. Atomorbitale, 2. Hybridisierung, 3. σ- und π-Bindungen
  • Modellart Orbitalmodell, Kugel-Stab-Modell
  • Bindungswinkel anzeigen

Fragen zum Erkunden

  1. Warum bindet das Kohlenstoffatom in CH₄ nicht mit reinen 2p-Orbitalen, und welcher Winkel ergäbe sich dann?
  2. Wie viele σ- und wie viele π-Bindungen gibt es in Ethen und in Ethin?
  3. NH₃ und BF₃ binden je drei Atome; warum unterscheiden sich ihre Hybridisierung und ihre Form?

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