Select your language

Suggested languages for you:
Log In Anmelden
StudySmarter - Die all-in-one Lernapp.
4.8 • +11k Ratings
Mehr als 5 Millionen Downloads
Free
|
|

Die All-in-one Lernapp:

  • Karteikarten
  • NotizenNotes
  • ErklärungenExplanations
  • Lernpläne
  • Übungen
App nutzen

Hybridisierung

Save Speichern
Print Drucken
Edit Bearbeiten
Melde dich an und nutze alle Funktionen. Jetzt anmelden
Hybridisierung

Bei der Hybridisierung handelt es sich um das Mischen von Atomorbitalen. Der Hintergrund dafür ist, dass in der Realität Bindungen zwischen Atomen oftmals anders vorkommen, als man theoretisch erwarten würde.

Ein einfaches Beispiel hierfür ist Kohlenstoff. Ein Kohlenstoffatom hat zwei freie Elektronen in seiner äußersten Schale, kann jedoch vier kovalente Bindungen zu Wasserstoffatomen ausbilden. So wird Methan gebildet.

Dieser Sachverhalt wird durch die Hybridisierung ermöglicht.

Bei der Hybridisierung handelt es sich um das Verschmelzen von verschiedenen Orbitalen in einem Atom. Orbitale sind die Aufenthaltsorte der Elektronen, die am wahrscheinlichsten zutreffen. Dadurch ermöglichen die Hybridorbitale einem Molekül, einen energetisch günstigeren Zustand anzunehmen.

Linus Pauling entwickelte die Theorie der Hybridisierung. Er erklärte anhand der Hybridisierung, warum ein Kohlenstoffatom vier kovalente Bindungen zu Wasserstoffatomen ausbilden kann. Demnach bilden sich vier gleichartige -Hybridorbitale aus.

Die vier Bindungen des Kohlenstoffs sind gleichartig und nach den vier Ecken eines regulären Tetraeders gerichtet.

Die vier gleichwertigen C-H-Bindungen bezeichnet Pauling als - Bindungen (sigma-Bindungen).

Das Orbitalmodell

Da die Elektronen von Molekülen nicht an bestimmten Stellen um den Atomkern kreisen, gibt es das Orbitalmodell. Dieses gibt den Bereich an, in dem sich die Elektronen am wahrscheinlichsten befinden.

Ein Orbital beschreibt einen bestimmten Bereich (bzw. Raum) um einen oder um mehrere Atomkerne, in dem sich ein Elektron mit einer ungefähren Wahrscheinlichkeit von 90 % aufhält. Den genauen Aufenthaltsort des Elektrons kann man nicht bestimmen.

In einem Orbital halten sich immer zwei Elektronen auf. Jedes Elektron besitzt einen bestimmten Energiegehalt. Aus diesem ergibt sich die unterschiedliche räumliche Form des Orbitals. Die räumliche Form ist dabei immer symmetrisch.

Es gibt verschiedene Orbitale, die nach ihrem Energieniveau unterschieden werden:

  • Das s-Orbital hat 1 Orbital auf seinem Energieniveau und enthält maximal 2 Elektronen. S-Orbitale sind kugelförmig.
  • Das p-Orbital enthält 3 Orbitale auf dem gleichen Energieniveau und enthält maximal 6 Elektronen. Es gibt 3 p-Orbitale, die hantelförmig sind. Sie sind räumlich gerichtet, weshalb man sie auch alsHybridisierung, px, StudySmarter-, Hybridisierung, py, StudySmarter- und Hybridisierung, pz, StudySmarter- Orbitale bezeichnet.
  • Das d-Orbital enthält 5 Orbitale auf dem gleichen Energieniveau und enthält maximal 10 Elektronen. Es gibt 5 d-Orbitale, von denen 4 rosettenförmig sind und eins hantelförmig, mit einem zusätzlichen Ring ausgestattet ist.
  • Das f-Orbital enthält 7 Orbitale auf dem gleichen Energieniveau und enthält maximal 14 Elektronen. Es gibt 7 f-Orbitale.

Chemische Bindungsarten

Wenn sich die verschiedenen Orbitale überlappen, entstehen Bindungen zwischen Molekülen. Je nachdem, wie die Elektronen dabei verteilt werden, spricht man von einer sigma- oder pi-Bindung.

Sigma-Bindung

Bei einer sigma-Bindung ist die Ladungsverteilung der Elektronen in der Verbindung rotationssymmetrisch zur Bindungsachse. Dreidimensionale Objekte sind rotationssymmetrisch. Das bedeutet, dass eine Drehung um jeden beliebigen Winkel das gleiche Objekt abbildet.

Damit diese Art von Bindung entsteht, müssen die Elektronenwolken der Bindungspartner stark überlappen. Das führt dazu, dass sigma-Bindungen energetisch stabil sind. Eine sigma-Bindung bildet sich, wenn sich zwei s-, zwei p- oder ein s- und ein p-Orbital miteinander verbinden. Die verschiedenen Arten der Überlappung sind in Abbildung 1 bis 3 visuell dargestellt.

Hybridisierung, Verbindung von 2 s-Orbitalen, StudySmarterAbbildung 1: Verbindung von 2 s-Orbitalen

Hybridisierung, Verbindung von einem s- und einem p-Orbital, StudySmarterAbbildung 2: Verbindung von einem s- und einem p-Orbital

Hybridisierung, Verbindung von zwei p-Orbitalen, StudySmarterAbbildung 3: Verbindung von 2 p-Orbitalen

Pi-Bindung

Die pi-Bindung entsteht durch eine Überlappung von d- und p-Orbitalen. Sie ist nicht rotationssymmetrisch. Die Ladung verteilt sich unter- und oberhalb der sigma-Bindung. Bei der pi-Bindung überlappen sich zwei p-Orbitale senkrecht.

Eine Bindung wird als delokalisiert bezeichnet, wenn man nicht genau weiß, wo sich das bindende Elektronenpaar befindet.

Hybridisierung, Senkrechte Verbindung von 2 p-Orbitalen, StudySmarterAbbildung 4: Senkrechte Verbindung von 2 p-Orbitalen

Verschiedene Arten der Hybridisierung

sp-Hybridisierung

Wie der Name bereits sagt, verschmelzen hier ein s- und ein p-Orbital miteinander. Es entsteht ein lineares, keulenförmiges Hybridorbital mit einem Winkel von 180°.

Hybridisierung, sp-Hybridorbital, StudySmarterAbbildung 5: sp-Hybridorbital

Quecksilber(II)-chlorid () ist ein Beispiel für ein Molekül, welches sp-hybridisiert ist.

Hybridisierung, sp2, StudySmarter-Hybridisierung

Bei dem Alken Propen (C3H6) liegt eine Hybridisierung, sp2, StudySmarter- Hybridisierung vor. Das heißt, es kommt zu einer Hybridisierung eines s-Orbitals und zwei p-Orbitalen. Es kommt dadurch zu drei energetisch gleichwertigen Hybridisierung, sp2, StudySmarter- Hybridorbitalen. Ein p-Orbital bleibt im Grundzustand übrig. Dadurch bildet sich eine Doppelbindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen und Einfachbindungen mit den Wasserstoffatomen.

Hier beträgt der Winkel zwischen den Orbitalen 120° – dieser Winkel gibt die energetisch günstigste räumliche Anordnung der Elektronen wieder.

Hybridisierung, sp2-Hybridorbital, StudySmarterAbbildung 6: sp2-Hybridorbital

Hybridisierung, sp3, StudySmarter-Hybridisierung

Die -Hybridisierung kann gut am Alkan Methan (CH4) dargestellt werden. Das Element Kohlenstoff (C) hat zwei Außenelektronen. Normalerweise dürfte dieses Element sich nur mit 2 H-Atomen binden. Bei Methan liegen jedoch vier gleichwertige Bindungen vor. Sie sind nicht voneinander unterscheidbar.

Der Grund dafür ist die Hybridisierung, sp3, StudySmarter-Hybridisierung: ein kugelförmiges s- und drei hantelförmige p-Orbitale des Kohlenstoffs verbinden sich – sie bilden 4 keulenförmige Hybridisierung, sp3, StudySmarter-Hybridorbitale.

Diese Orbitale liegen energetisch ein wenig niedriger als das p- , jedoch ein wenig höher als das ursprüngliche s-Orbital. Aus diesem Grund hat jedes Hybridorbital ein Elektron und kann sich mit jeweils einem Wasserstoffatom binden.

Dadurch sinkt die Gesamtenergie des kompletten Moleküls. Dementsprechend nimmt Methan die äußere Form eines Tetraeders an. Dabei ergibt sich ein Winkel von 109,5° zwischen den Orbitalen.

Hybridisierung, sp3-Hybridorbital, StudySmarterAbbildung 7: sp3-Hybridorbital

Hybridisierung in der Biochemie

In der Biochemie versteht man unter der Hybridisierung das Bilden von komplementären DNA-Einzelsträngen zu bereits vorhandenen. Aus zwei Einzelsträngen der DNA wird dabei ein Doppelstrang. Diese Hybridisierung kann nur stattfinden, wenn beide Einzelstränge komplementäre Basen besitzen. Der entscheidende Mechanismus ist hierbei die Wasserstoffbrückenbindung.

Hybridisierung - Das Wichtigste

  • Bei der Hybridisierung handelt es sich um das Verschmelzen von verschiedenen Orbitalen in einem Atom.
  • Es gibt verschiedene Orbitale, die nach ihrem Energieniveau unterschieden werden:
    • s-Orbital
    • p-Orbital
    • d-Orbital
    • f-Orbital.
  • Es gibt zwei verschiedene chemische Bindungsarten.
    • Eine sigma-Bindung bildet sich, wenn sich zwei s-, zwei p- oder ein s- und ein p-Orbital miteinander verbinden.
    • Die pi-Bindung entsteht durch eine Überlappung von d- und p-Orbitalen.
  • Bei der sp-Hybridisierung verschmelzen ein s- und ein p-Orbital miteinander.
  • Bei derHybridisierung, sp2, StudySmarter-Hybridisierung kommt zu einer Hybridisierung eines s-Orbitals und zwei p-Orbitalen.
  • Bei derHybridisierung, sp3, StudySmarter-Hybridisierung verbindet sich ein kugelförmiges s- und drei hantelförmige p-Orbitale.
  • In der Biochemie versteht man unter der Hybridisierung das Bilden von komplementären DNA-Einzelsträngen zu bereits vorhandenen.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Hybridisierung

Bei der Hybridisierung handelt es sich um das Verschmelzen von verschiedenen Orbitalen in einem Atom. Dadurch kann das Atom sich besser an ein anderes Atom binden.

Bei der Hybridisierung handelt es sich um das Verschmelzen von verschiedenen Orbitalen in einem Atom. Dadurch kann das Atom sich besser an ein anderes Atom binden. Die Hybridorbitale ermöglichen dem Molekül dadurch, einen energetisch günstigeren Zustand anzunehmen.

Es kommt zur Hybridisierung, wenn kovalente Bindungen zwischen Elementen entstehen. Die kovalente Bindung kann nach ihrer Symmetrie weiter in sigma- und pi-Bindungen unterteilt werden. 

Es kommt zur Hybridisierung, wenn kovalente Bindungen zwischen Elementen des Periodensystems entstehen.

Finales Hybridisierung Quiz

Frage

Was ist die Hybridisierung?

Antwort anzeigen

Antwort

Bei der Hybridisierung handelt es sich um das Verschmelzen von verschiedenen Orbitalen in einem Atom.

Frage anzeigen

Frage

Was wird einem Atom durch die Hybridisierung ermöglicht?

Antwort anzeigen

Antwort

Durch die Hybridisierung kann das Atom sich besser an ein anderes Atom binden. Die Hybridorbitale ermöglichen dem Molekül dadurch, einen energetisch günstigeren Zustand anzunehmen.

Frage anzeigen

Frage

Wer entwickelte die Theorie der Hybridisierung?


Antwort anzeigen

Antwort

Linus Pauling entwickelte die Theorie der Hybridisierung.

Frage anzeigen

Frage

Was beschreibt ein Orbital?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Orbital beschreibt einen bestimmten Bereich (bzw. Raum) um einen oder um mehrere Atomkerne, in dem sich ein Elektron mit einer ungefähren Wahrscheinlichkeit von 90% aufhält. Den genauen Aufenthaltsort des Elektrons kann man nicht bestimmen.

Frage anzeigen

Frage

Welche Form hat das s-Orbital?

Antwort anzeigen

Antwort

Es ist kugelförmig.

Frage anzeigen

Frage

Wie viele p-Orbitale gibt es und wie werden sie bezeichnet?

Antwort anzeigen

Antwort

Es gibt drei p-Orbitale und man bezeichnet sie auch als px- , py- und pz-Orbitale.

Frage anzeigen

Frage

Wie viele d-Orbitale gibt es und welche Form weisen sie auf?

Antwort anzeigen

Antwort

Es gibt fünf d-Orbitale, von denen vier rosettenförmig sind und eins hantelförmig, wie ein p-Orbital aber mit einem zusätzlichen Ring.

Frage anzeigen

Frage

Wie bezeichnet man das Verschmelzen von Orbitalen?

Antwort anzeigen

Antwort

Hybridisierung

Frage anzeigen

Frage

Wo entstehen kovalente Bindungen?

Antwort anzeigen

Antwort

In der Chemie entsteht die kovalente Bindung immer dort, wo zwei Orbitale miteinander überlappen und Elektronen dadurch geteilt werden können.

Frage anzeigen

Frage

In welche Bindungen werden kovalente Bindungen je nach Symmetrie noch eingeteilt?

Antwort anzeigen

Antwort

Je nach ihrer Symmetrie kann die kovalente Bindung weiterhin in sigma- und pi- Bindungen unterteilt werden.

Frage anzeigen

Frage

Wann bildet sich die sigma-Bindung?

Antwort anzeigen

Antwort

Eine sigma-Bindung bildet sich, wenn sich zwei s-, zwei p- oder ein s- und ein p-Orbital miteinander verbinden.

Frage anzeigen

Frage

Wann entsteht eine pi-Bindung?

Antwort anzeigen

Antwort

Die pi-Bindung entsteht durch eine Überlappung von d- und p-Orbitalen.

Frage anzeigen

Frage

Wie ist eine sp-Hybridisierung aufgebaut?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Aufbau ist linear. Das bedeutet, dass der Winkel zwischen den Orbitalen 180° beträgt.

Frage anzeigen

Frage

Welche Orbitale verschmelzen bei einer sp-Hybridisierung?

Antwort anzeigen

Antwort

Wie der Name zeigt, verschmelzen hier ein s- und ein p-Orbital miteinander. Das 2s und das 2p Orbital hybridisiert zu einem keulenförmigen Hybridorbital.

Frage anzeigen

Frage

Was ist eine sp2-Hybridisierung?

Antwort anzeigen

Antwort

Es kommt zu einer Hybridisierung eines s-Orbitals und zwei p-Orbitalen. Es kommt dadurch zu drei energetisch gleichwertigen sp2-Hybridorbitalen. Ein p-Orbital bleibt im Grundzustand übrig.

Frage anzeigen

Frage

Was passiert bei einer sp3-Hybridisierung?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein kugelförmiges s- und drei hantelförmige p-Orbitale verbinden sich miteinander zu 4 keulenförmigen sp3-Hybridorbitalen. Diese Orbitale liegen energetisch ein bisschen niedriger als das p- und ein bisschen höher als das ursprüngliche s-Orbital.

Frage anzeigen
60%

der Nutzer schaffen das Hybridisierung Quiz nicht! Kannst du es schaffen?

Quiz starten

Finde passende Lernmaterialien für deine Fächer

Alles was du für deinen Lernerfolg brauchst - in einer App!

Lernplan

Sei rechtzeitig vorbereitet für deine Prüfungen.

Quizzes

Teste dein Wissen mit spielerischen Quizzes.

Karteikarten

Erstelle und finde Karteikarten in Rekordzeit.

Notizen

Erstelle die schönsten Notizen schneller als je zuvor.

Lern-Sets

Hab all deine Lermaterialien an einem Ort.

Dokumente

Lade unzählige Dokumente hoch und habe sie immer dabei.

Lern Statistiken

Kenne deine Schwächen und Stärken.

Wöchentliche

Ziele Setze dir individuelle Ziele und sammle Punkte.

Smart Reminders

Nie wieder prokrastinieren mit unseren Lernerinnerungen.

Trophäen

Sammle Punkte und erreiche neue Levels beim Lernen.

Magic Marker

Lass dir Karteikarten automatisch erstellen.

Smartes Formatieren

Erstelle die schönsten Lernmaterialien mit unseren Vorlagen.

Gerade angemeldet?

Ja
Nein, aber ich werde es gleich tun

Melde dich an für Notizen & Bearbeitung. 100% for free.