Ich bin vor ein paar Wochen auf dieses Problem angesprochen worden und habe auch meinen Chemie Prof ein wenig damit genervt und leider keine befriedigende Antwort bekommen.
Gekommen mit meinem Verständnis bin ich bis zu diesem Punkt, daß das O hybridisiert. Aber warum hybridisiert es?
Logischer Weise müßte ein günstigerer Energiezustand dem zu Grunde liegen. Aber mir ist nicht ersichtlich weshalb. Denn in meinen Augen sind zwei gegenüberliegende „H+ Ionen“ immernoch günstiger, wie in diesem 104.5° Winkel oder so was. Und dann sind auch noch zwei freie Elektronenwölcken dazwischen.
Worin besteht der günstigere Hybridisierungszustand?
Auch guten Tag.
Das Wassermolekül ist tetraedrisch mit dem angesprochenen Winkel von 104komma Grad. Der ideale Tetraeder hätte 109komma Grad. Die Abweichung resultiert daraus, dass die freien Elektronenpaare einen erhöhten Platzbedarf haben.
War dat dat?
Gruß eillicht zu Vensre
Hä, aber die könnten sich doch auch gegenüber liegen, würden sie eben nicht hybridisieren und die Ttraederform annehmen?
Die wären sich doch auch 180 Grad gegenüber.
Es sei denn die H Protonen würden ihnen den Platz streitig machen? Weil zu denen stehen sie ja dann nur im 90° Winkel. Würde sich dann auch um ein zweidimensionales Molekül handeln.
Dann wäre das also nur ein Platzmangelproblem und kein Ladungsproblem? Mir wird nicht ersichtlich weshalb ein Platzmangelproblem bestehen soll? Andere Moleküle haben dieses Problem doch auch nicht?
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Tach,
aus dne Orbitalen der Atome entstehen, die Molekülorbitale, wenn sich eben 2 H-Atome und ein O-Atom zu einem Wassermolekül verbinden. Dabei entstehen die entsprechenden hybridisierten MOs. Beim Idealfall, dem CH4 ist es ein Tetraeder, da dies die dreidimensionale symmetrische Form ist die den maximalen Abstand der Bindungselektronen darstellt.
Da freie Elektronenpaare einen höheren Platzbedarf haben (es fehlt ja bei der Bindung auf der anderen Seite die positive Ladung eines Atomkerns) ist eben der Abstand zwischen den freien E-Paaren größer und zwischen den H-Atomen des Wassers kleiner als die 109° des Tetraeders, eben nur 104,x°. Wenn man nur von einem H-Atom am O-Atom vorbei zum anderen H-Atom schaut wäre das Molekül planar, aber aus dieser „Ebene“ ragen eben die 2 freien E-Paare heraus. Es ist eben durch den erhöhten Platzbedarf der freien E-Paare ein etwas deformierter Tetraeder.
Gruß
slam
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Tach,
aus dne Orbitalen der Atome entstehen, die Molekülorbitale,
wenn sich eben 2 H-Atome und ein O-Atom zu einem Wassermolekül
verbinden. Dabei entstehen die entsprechenden hybridisierten
MOs.
Bei der Verbindung? Entstehen hybridisierte Orbitale nicht vorher aus verschiedenen, Orbitalen desselben Atoms, damit diese dann Verbindungen zu den Orbitalen anderer Atome eingehen können?
Wiederum Tach,
jetzt kommt ne Antwort aus dem Bauch heraus, da das Thema schon ein Weilchen her ist und im Studium nicht gerade meine Begeisterung ausgelöst hat, deswegen lese ich jetzt auch nichts mehr nach. Wenn es jemand noch genauer weiss, bitte nur zu.
Letztendlcih können die MOs nur aus den AOs hervorgehen, andere Orbitale sind ja nicht da. Meiner Meinung nach (das kann in der VB oder LCAO-Theorie anders erklärt werden) ist das ein Prozess der bei der Molekülbindung einfach stattfindet. Das Atom weiss ja vorher nicht welche Verbindung es eingeht, somit können die AOs nicht vorher schon bspw zu sp3 HYbrid-AO hybridisiert sein. Ein AO ist ja nur eine Lösung der Wellengleichung für die Elektronen für das Atom in seinem jetzigen Zustand, die Lösungen existieren, aber die AOs muessen nicht besetzt sein. Wenn nun 2 Atome sich näher kommen dann beinflussen sis sich gegenseitig, die Lösungen der Wellengleichungen sind dann andere, wenn eben ein Molekül daraus entsteht sind es dann die MOs. Es ist glaube ich nur einfacher zu verstehen, vorallem gerne in der Organik, wenn man vorher schon von einem bestimmten Hybridzustand ausgeht und damit klar ist was für ein Molekül dann hinterher rauskommt.
Kurz, meiner Vorstellung nach gehen eben im Zuge der Raktion die AOs in MOs über und nicht schon vorher und die MOs sind auch nicht erst ganz am Ende auf einmal da.
Gruß
slam
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TachJen,
Es ist vielleicht wirklich „blödsinnig“ darüber zu diskutieren und ich verstehe ja, daß dies so erklärt wird. Es ist nunmal Tatsache, daß eine Hybridisierung vorliegt. Es erscheint mir jedoch irgendwie unschlüssig, daß ein Platzproblem für die Winkelung verantwortlich sein soll??? Im Gegenteil. Ist doch eigentlich Platz in einem Atom genug da?
Sehe ich doch eher die Kovalenz als Problem, ist doch gerade beim Wassermolekül der Dipolcharakter das große und bedeutende Merkmal. So erscheint mir viel schlüssiger die ?Kovalenz? bzw. die Ladungsverteilung als Ursache für die Winkelung in betracht zu ziehen. So stoßen sich doch die zwei E-Wolken ab, wobei gleichzeitig die Bindungselektronen zwischen O und H ans O eletronegativ gezogen werden. Das ganze Molekül steht doch eigentlich unter Spannung resultierend aus Ladungsungleichverteilungen.
Ich weiß nicht, aber aus einem Abbild des Moleküls geht für mich hervor, daß die „Atomradien“ die weißen und die rote Kuglen zu groß sind und sich deshalb „überschneiden“. Wie drei Magnete, die eigentlich in einer Reihe liegen wollen, aber nicht können, weil die Bindungen sie zu eng aneinander ziehen.
So sind nicht die unbindenden Elektronenwolken dafür verantwortlich, daß das O Atom hybridisiert, sondern die Bindenden.
Oder anders formuliert. Der Platzbedarf ist der Schein, der eigentlich aus den Ladungswirkungen untereinander resultiert. Besonders jedoch die sich überschneidenden Kovalenzen der Atome, druch die Bindung.
Ich sehe schon meine Überlegung als vielleicht etwas weit hergeholt und gewiss sind meine Kenntnisse zu oberflächlich. Aber ich finde es irgendwie sehr untypisch für die Chemie bzw. der Natur von Atomen, daß mit ein Platzproblem für eine derartige Umgestaltung verantwortlich sein soll.
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TachJen,
Es ist vielleicht wirklich „blödsinnig“ darüber zu diskutieren
und ich verstehe ja, daß dies so erklärt wird. Es ist nunmal
Tatsache, daß eine Hybridisierung vorliegt. Es erscheint mir
jedoch irgendwie unschlüssig, daß ein Platzproblem für die
Winkelung verantwortlich sein soll??? Im Gegenteil. Ist doch
eigentlich Platz in einem Atom genug da?
DI eABstossung der gleichgeladenen Elektronen bewirkt den Platzbedarf, und der ist nun bei ungebundenen Elektronenpaaren grösser als bei bindenden.
Sehe ich doch eher die Kovalenz als Problem, ist doch gerade
beim Wassermolekül der Dipolcharakter das große und bedeutende
Merkmal.
Der Dipolcharakter resultiert aus der gewinkelten Form, wäre das Molekül linear wär es kein Dipol.
2 Sätze weiter gibst du die Antwort selber. Die Abstossung der ungebundenen Elektronen untereinander (weil ein 2. pos. Kern auf der anderen Seite einer Bindung fehlt) bewirkt den Platzbedarf, daher resultiert die „Unsymmetrie“ zum Tetraeder=max. Abstand bei Vier Bindungen im Raum.
So erscheint mir viel schlüssiger die ?Kovalenz? bzw.
die Ladungsverteilung als Ursache für die Winkelung in
betracht zu ziehen. So stoßen sich doch die zwei E-Wolken ab,
wobei gleichzeitig die Bindungselektronen zwischen O und H ans
O eletronegativ gezogen werden. Das ganze Molekül steht doch
eigentlich unter Spannung resultierend aus
Ladungsungleichverteilungen.
Die Elektronen würden auch in einem linearen Molekül immer stärker vom stärker elektronegativem Atom angezogen, daraus resultiert aber noch keine Geometrie.
Ich weiß nicht, aber aus einem Abbild des Moleküls geht für
mich hervor, daß die „Atomradien“ die weißen und die rote
Kuglen zu groß sind und sich deshalb „überschneiden“.
Die Elektronenwolken muessen sich überschneiden, sonst kommt ja keine Bindung zustande. Die Orbitale zeigen ja nur die Wahrscheinlichkeit an das Elektron zu x-Prozent in diesem „Volumen“ zu finden. Es kann auch weiter weg sein. Es ist nur zum veranschaulichen.
Wie drei
Magnete, die eigentlich in einer Reihe liegen wollen, aber
nicht können, weil die Bindungen sie zu eng aneinander ziehen.
So sind nicht die unbindenden Elektronenwolken dafür
verantwortlich, daß das O Atom hybridisiert, sondern die
Bindenden.
Alle Orbital muessen in die Hybridisierung mit einbezogen werden. Und daraus entstehen die MO, die dann entsprechend mit Elektronen besetzt werden.
Oder anders formuliert. Der Platzbedarf ist der Schein, der
eigentlich aus den Ladungswirkungen untereinander resultiert.
ABer nur die Ladungswirkung der Elektronen untereinander.
Besonders jedoch die sich überschneidenden Kovalenzen der
Atome, druch die Bindung.Ich sehe schon meine Überlegung als vielleicht etwas weit
hergeholt und gewiss sind meine Kenntnisse zu oberflächlich.
Aber ich finde es irgendwie sehr untypisch für die Chemie bzw.
der Natur von Atomen, daß mit ein Platzproblem für eine
derartige Umgestaltung verantwortlich sein soll.
Es ist kein Platzproblem sondern ein „ABstossungsproblem“ der Elektronen untereinander.
Gruß
slam
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HAllo Tagelang,
Deine Frage hat schon Bart, bin grad drüber gestolpert und wollt noch Senf zugeben.
Bin mir nicht sicher, ob ich dein Problem damit treffe, wills aber mal versuchen.
Der Raum ist 3-dimensional, im einfachsten Fall sind das 3 aufeinander senkrecht stehende Achsen. Wenn Du vom Ursprung ausgehst, kannst Du auf jeder Achse in positiver und negativer Richtung loswandern, Du hast also 6 Richtungen.
Nimmst Du ein Atom mit 6 freien Elektronen, setzt den Kern in den Ursprung, je ein Elektron auf eine der 6 Achshälften, dann hast Du 3 Paare sich bzgl. des kerns genau gegenüber liegenden Elektronen.
Das Sauerstoffatom hat aber nur 4 freie Atome, die sich nun in dem Raum mit den 6 Richtungen so anordnen, daß alle 4 möglichst viel Platz haben. Daraus folgt die tetraedrische Anordnung.
Aus Sicht des Kerns gibt es nun aber keine 2 Elektronen/Orbitale mehr, die sich genau gegenüberliegen. Wenn nun die beiden H-Atome vorbeigeflogen kommen, ist es egal, wo sie andocken, sie werden nie mit dem O-kern auf einer Achse liegen.
Dann kommt die Sache mit den unterschiedlichen Platzbedarfen, der Aufweitung der freien und dem Zusammendrücken der gebundenen von 109,… auf 104,…
Gruß
gobi