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76 3 15 Hybridisierung $ 15 Hybridisierung 77
Doppelbindung dar, welche sich somit zusammengesetzter Art
erweist. Eine doppelte Bindung ist demnach zusammengesetzt aus
einer o- und einer n-Bindung. Letztere verleiht ihr durch die zwei
freien Elektronen die uns bekannten Eigentumlichkeiten der
Doppelbindung, namlich den ungesattigten Charakter und die
Starrheit bezuglich einer Verdrehung der Atome um die C-C-Achse.
Sie gibt Anlas zur Entstehung von cis- und trans-Isomeren. Die
Aufhebung der freien Drehbarkeit wird durch die beschriebene
n-Elektronenverteilung um die Ebene verursacht, die durch die
zwei trigonalen sp2-Hybride festgelegt ist. Eine Drehung der C-
Atome um ihre Verbindungsachse wurde die Elektronenverteilung
verandern und wahrend einer ganzen Umdrehung ungleichwertige
Lagen hervorbringen, da der Uberlappungsgrad sich andern wurde.
Dieses kann nur durch Energiezufuhr erfolgen und ist mit einer
Sprengung der Bindung gleichbedeutend.
Man erkennt unschwer, das diese Art der Elektronenverteilung
um die Verbindungslinie zweier C-C-Atome das Verhalten einer
Doppelbindung befriedigend wiedergibt. Ihre Festigkeit - sie ist
fester als eine einfache und schwacher als zwei einfache Bindungen
- wird durch die Kombination einer o- und einer n-Bindung erklart.
Ihr ungesattigter Charakter ist durch die n-Elektronen, die
nur durch den entgegengesetzten Spin miteinander gekoppelt sind,
verursacht. Die Ladungsverteilung dieses Elektronenpaares bildet
eine Knotenflache, die mit der Ebene des C-Gerustes zusammenfallt,
was zur bekannten Starrheit der Doppelbindung fuhrt.
Schlieslich ist es moglich eine 2 s- y-Funktion mit nur einer
2 p-y-Funktion linear zu kombinieren, wodurch zwei gleichwertige
sp-Hybride entstehen (Abb.
17). Die zwei restlichen 2puund
2p,-Elektronen bleiben
frei. Ihre Raumverteilung
X
gleicht zwei aufeinander senk-
\
rechten Hanteln mit einer gemeinsamenKnotenstelle
in der
I
Abb. 17. Elektronendichteverteilung bei
den sp-Hybriden
Mitte. Durch Uberlappung der
Elektronenwolken zweier solcher
s p-Hybride entstehen eine
o- und zwei n-Bindungen. Letztere kommen durch das Zusammenfliesen
der 2p,- und 2p,-Elektronen, ohne grundsatzliche Anderung
ihrer Symmetrie zustande. Dies ist der Prototyp der dreifachen
Bindung. Obwohl eine Verdrehung der Atome um die C-C-Achse
ohne erheblichen Energieaufwand nicht moglich ist, treten keine
cis-trans-Isomeren auf, weil die zwei sp-Hybride einen Winkel von
180•‹ miteinander bilden. In einer aus zwei solchen Hybriden gebildeten
kovalenten Bindung sind die 4 Atome linear auf ihrer Verbindungsachse
angeordnet. Dies stimmt mit der Erfahrung uberein,
da bei Acetylenderivaten niemals cis-trans-Isomere beobachtet
worden sind. Andererseits ist die Festigkeit der Dreifachbindung
groser als die von zwei einfachen Bindungen, ihr ungesattigter
Charakter ist ausgepragter als der der Doppelbindung.
Die Hybridisierung der Valenzelektronen beschrankt sich nicht
auf das C-Atom, sondern kann auch bei anderen Elementen auftreten.
Sie fuhrt zum Verstandnis sowohl der maximalen Wertigkeit
der Elemente als auch ihres stereochemischen Verhaltens.
Beim Beryllium mit seinen zwei 2s-Elektronen kommt es nach
vorheriger Anregung des einen Elektrons auf den 2 p,-Zustand zur
Bildung zweier sp-Hybride, die linear angeordnet sind. Beim Bor,
dessen Elektronenzustand der folgende ist
PsPJ (2~z)T(2pLJ0( 2~2)~
fuhrt die Vermischung, nachdem ein 2s-Elektron auf den unbesetzten
2p,-Zustand ubergegangen ist, zu zwei sp2-Hybriden. Diese
liegen, wie wir beim C-Atom gesehen haben, in einer Ebene, und
bilden miteinander einen Winkel von 1200. Auch hier wird der
Energiebedarf der Anregung durch die nachtragliche maximale
uberlappung bei ihrer Vereinigung mit dem Bindungspartner gedeckt.
Sowohl die Beryllium- als auch die Bor-Verbindungen mit
zwei bzw. drei gleichen Substituenten besitzen kein Dipolmoment,
was mit der linearen bzw. trigonalen Symmetrie der Valenzen in
Einklang steht.
Mit der tetraedrischen sp3-Hybridisierung des Kohlenstoffs hat
man die Wertigkeitsstufe vier erreicht. Es zeigt sich, das es nicht
moglich ist, diese Wertigkeit beim nachstenElement, dem Stickstoff,
auf funf zu erhohen. Das N-Atom hat die Elektronenkonfiguration
(243-T (2pz)t (2p,)T (2pzpz)T7
in der sich drei Elektronen in den drei 2p-Zustanden befinden und
ohne vorhergehende Hybridisierung mit den Elektronen der Verbindungspartner
uberlappen konnen. Die entstehende Verbindung