Bonding in acetyleen
Ten slotte is het hybride orbitaalconcept goed van toepassing op groepen met drievoudige bindingen, zoals alkynen en nitrillen. Beschouw bijvoorbeeld de structuur van etheen (gewone naam acetyleen), de eenvoudigste alkyne.
Dit molecuul is lineair: alle vier atomen liggen in een rechte lijn. De drievoudige koolstof-koolstofverbinding is slechts 1,20Å lang. In het hybride orbitaal beeld van acetyleen zijn beide koolstofatomen sp-gehybridiseerd. In een sp-gehybridiseerde koolstof verbindt de 2s orbitaal zich met de 2px orbitaal tot twee sp-hybride orbitalen die onder een hoek van 180° ten opzichte van elkaar georiënteerd zijn (bijv. langs de x-as). De 2py en 2pz orbitalen blijven ongehybridiseerd, en zijn loodrecht georiënteerd langs respectievelijk de y- en z-as.
De C-C sigma binding wordt dus gevormd door de overlapping van één sp orbitaal van elk van de koolstofatomen, terwijl de twee C-H sigma bindingen worden gevormd door de overlapping van de tweede sp orbitaal op elk koolstofatoom met een 1s orbitaal op een waterstof. Elk koolstofatoom heeft nog twee halfgevulde 2py en 2pz banen, die loodrecht op elkaar staan en op de lijn die gevormd wordt door de sigma-bindingen. Deze twee loodrechte paren van p-banen vormen twee pi bindingen tussen de koolstofatomen, resulterend in een drievoudige binding in totaal (één sigma binding plus twee pi bindingen).
Het hybride-baanconcept verklaart mooi een andere experimentele waarneming: enkelvoudige bindingen die grenzen aan dubbele en drievoudige bindingen zijn geleidelijk korter en sterker dan ‘normale’ enkelvoudige bindingen, zoals die in een eenvoudig alkaan. De koolstof-koolstof binding in ethaan (structuur A hieronder) is het resultaat van de overlapping van twee sp3 orbitalen.
In alkeen B echter is de enkelvoudige koolstof-koolstof binding het gevolg van overlap tussen een sp2 orbitaal en een sp3 orbitaal, terwijl in alkyne C de enkelvoudige koolstof-koolstof binding het gevolg is van overlap tussen een sp orbitaal en een sp3 orbitaal. Dit zijn allemaal enkelvoudige bindingen, maar de binding in molecuul C is korter en sterker dan die in B, die op zijn beurt korter en sterker is dan die in A.
De verklaring hiervoor is betrekkelijk eenvoudig. Een sp-baan is samengesteld uit een s-baan en een p-baan, en heeft dus 50% s-karakter en 50% p-karakter. sp2-banen hebben ter vergelijking 33% s-karakter en 67% p-karakter, terwijl sp3-banen 25% s-karakter en 75% p-karakter hebben. Vanwege hun bolvorm zijn 2s-banen kleiner, en houden ze elektronen dichter en ‘strakker’ tegen de kern aan, vergeleken met 2p-banen. Bindingen met sp + sp3-overlap (zoals in alkyne C) zijn dus korter en sterker dan bindingen met sp2 + sp3-overlap (zoals in alkeen B). Bindingen met sp3-sp3-overlap (zoals in alkaan A) zijn het langst en het zwakst van de groep, vanwege het 75% “p”-karakter van de hybriden.
Geef een antwoord