HYBRIDISIERUNG

Wir betrachten die Kombination zwischen s- und p-Orbitalen.
(Damit lassen sich die Verbindungen der organischen Chemie beschreiben; d-Orbitale werden in komplizierteren Strukturen der Anorganischen Chemie benötigt.)

Ein s- und ein p-Orbital:
Die Kombination liefert zwei neue Hybridorbitale. Auch für diese gilt das Pauli-Prinzip: ein Hybridorbital kann mit maximal 2 Elektronen besetzt werden. Die Orbitale werden "nach der Entstehungsgeschichte" als sp-Orbitale bezeichnet. (Dies war sinnvoller, als weitere neue Buchstaben einzuführen!)

Ein s- und zwei p-Orbitale:
Die Kombination liefert drei neue Hybridorbitale, die wieder "nach der Entstehungsgeschichte" sp²-Orbitale bezeichnet werden. Interessant ist, dass zwischen den drei Hybridorbitalen ein Winkel von 120° vorliegt. Offenkundig lassen sich jetzt Verbindungen mit einem Bindungswinkel zu den Nachbarn von 120° auch beschreiben! Die drei Orbitale liegen in einer Ebene.

Ein s- und drei p-Orbitale:
Die Kombination liefert vier neue Hybridorbitale, die als sp³-Orbitale bezeichnet werden. Die Orbitale sind räumlich in Richtung der Tetraederecken angeordnet, und zwischen den Orbitalen liegt ein Winkel von 109,5° vor. (Tetraeder = räumliche Figur, aufgebaut aus 4 gleichseitigen Dreiecken)

Auch hier zeichnet man oft zur Vereinfachung nur den größeren Teil des Hybridorbitals.

Anmerkungen zum Verständnis:
1. Die "Schorle"-Erklärung:
Wieviele Hybridorbitale entstehen? Wenn wir 1 Glas Apfelsaft mit 2 Gläsern Mineralwasser mischen, entstehen ... ? Natürlich haben wir hinterher 3 Gläser des Mischgetränks "Schorle" - ein "Hybridgetränk" aus Apfelsaft und Mineralwasser. (Pfälzer dürfen anstelle von Apfelsaft auch Wein verwenden!) Das Beispiel zeigt auch noch: Es ist etwas neues entstanden, in der "Entstehungsgeschichte" sind die beiden alten Arten enthalten. Wie Apfelsaft und Mineralwasser ist Schorle ein Getränk - also wie das s- und das p-Atomorbital sind die beiden sp-Orbitale Atomorbitale.

Diese Erklärung beschreibt einen Sachverhalt gut:
Die Mischung (das Hybridorbital) ist etwas neues, hängt aber mit den Ausgangs-Atomorbitalen zusammen. Ein s-Atomorbital hat zu 100% s-Charakter, ein p-Atomorbital zu 100% p-Charakter, ein sp3-Hybridorbital hat zu 25% s- und zu 75% p-Charakter. Das Hybridorbital ist eine mathematische Mischung aus den Atomorbitalen.

2. Elektronen-Bilanz:
Wenn wird drei Atomorbitale mischen, die insgesamt 6 Elektronen aufnehmen können, dann ...? Nach der Kombination muss auch Platz für genau 6 Elektronen sein; weil 1 Orbital 2 Elektronen aufnehmen kann, sind 3 Hybridorbitale nötig!

3. Etwas "mathematischer":
Wir bilden aus einem s- und einem p-Orbital zwei Kombinationen: s + p und s - p.
Die Skizze zeigt, dass (vereinfacht gezeichnet!) zwei sp-Orbitale entstehen; bei gleichem Vorzeichen addiert sich der Funktionswert, bei verschiedenem Vorzeichen kürzen sich die Funktionswerte teilweise. (Die genauere Form der Orbitale folgt aus der "richtigen" theoretischen Rechnung.)

Die beiden Atomorbitale s und p wurden "linear kombiniert", um zwei neue Hybridorbitale zu erzeugen.

Analog geht man für den Fall sp² und sp³ vor, die Theorie ergibt dann, welche lineare Kombination zu wählen ist.
Für sp³ sind die 4 Kombinationen, die die gewünschte Geometrie - in Richtung Tetraderecken - liefern:

Wir sehen, dass auch hier die Atomorbitale mit geeigneten Vorzeichen in linearen Gleichungen neu "zusammen kombiniert" wurden. Hybridisierung bedeutet also ein "mathematisches Mischen".

4. Zum Tetraeder und zum Tetraederwinkel:

5. Gibt es auch andere Hybridisierungen?

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