Nu da vi har 4 uparrede elektroner, der er klar til binding, opstår der et andet problem. I methan er alle kulstof-hydrogenbindingerne identiske, men vores elektroner befinder sig i to forskellige slags orbitaler. Man får ikke fire identiske bindinger, medmindre man starter fra fire identiske orbitaler.

Hybridisering

Elektronerne omarrangerer sig igen i en proces, der kaldes hybridisering. Herved omorganiseres elektronerne til fire identiske hybridorbitaler, der kaldes sp3-hybrider (fordi de er lavet af en s-orbital og tre p-orbitaler). Du skal læse “sp3” som “s p tre” – ikke som “s p kubisk”.

Sp3-hybridorbitaler ligner lidt en halv p-orbital, og de arrangerer sig selv i rummet, så de er så langt fra hinanden som muligt. Man kan forestille sig kernen som værende i centrum af et tetraeder (en trekantet pyramide) med orbitalerne pegende mod hjørnerne. For overskuelighedens skyld er kernen tegnet langt større, end den i virkeligheden er.

Hvad sker der, når bindingerne dannes?

Husk, at brintets elektron befinder sig i en 1s orbital – et sfærisk symmetrisk område af rummet omkring kernen, hvor der er en vis fast chance (lad os sige 95 %) for at finde elektronen. Når der dannes en kovalent binding, smelter de atomare orbitaler (orbitalerne i de enkelte atomer) sammen og danner en ny molekylær orbital, som indeholder det elektronpar, der skaber bindingen.

Der dannes fire molekylære orbitaler, som ligner de oprindelige sp3-hybrider, men med en brintkerne indlejret i hver lobe. Hver orbital rummer de 2 elektroner, som vi tidligere har tegnet som en prik og et kryds.

De involverede principper – fremme af elektroner om nødvendigt, derefter hybridisering, efterfulgt af dannelsen af molekylære orbitaler – kan anvendes på ethvert kovalent bundet molekyle.

Form af metan

Når sp3-orbitaler dannes, arrangerer de sig, så de ligger så langt fra hinanden som muligt. Det er et tetraedrisk arrangement med en vinkel på 109,5°.

Ingen ændringer i formen sker, når hydrogenatomerne kombineres med kulstoffet, og derfor er metanmolekylet også tetraedrisk med 109,5&deg bindingsvinkler.

Ethan, C2H6

Dannelsen af molekylorbitaler i ethan

Ethan er ikke særlig vigtig i sig selv, men er medtaget, fordi det er et simpelt eksempel på, hvordan en enkeltbinding mellem kulstof og kulstof dannes.

Hvert kulstofatom i ethanen promoverer en elektron og danner derefter sp3-hybrider præcis som vi har beskrevet i methan. Så lige før bindingen ser atomerne således ud:

Hvadrogenerne binder sig til de to kulstofatomer for at danne molekylære orbitaler, ligesom de gjorde med methan. De to kulstofatomer binder sig ved at slå deres resterende sp3-hybridorbitaler sammen ende-til-ende for at danne en ny molekylær orbital. Den binding, der dannes ved dette overlap fra ende til ende, kaldes en sigma-binding. Bindingerne mellem kulstofferne og hydrogenerne er også sigma-bindinger.

I enhver sigma-binding er det mest sandsynlige sted at finde elektronparret på en linje mellem de to kerner.

Ethans form omkring hvert kulstofatom

Formen er igen bestemt af den måde, hvorpå sp3-orbitalerne er arrangeret omkring hvert kulstofatom. Det er en tetraedrisk anordning med en vinkel på 109,5°.

Når ethanmolekylet er sat sammen, er anordningen omkring hvert kulstofatom igen tetraedrisk med ca. 109,5&deg bindingsvinkler. Hvorfor kun “ca.”? Denne gang har hvert kulstofatom ikke fire identiske ting fastgjort. Der vil være en lille forvrængning på grund af tilknytningen af 3 hydrogener og 1 kulstof, i stedet for 4 hydrogener.

Fri rotation om kulstof-kulstof-enkelbindingen

De to ender af dette molekyle kan dreje ganske frit om sigma-bindingen, så der er på en måde uendeligt mange muligheder for et ethanmolekyls form. Nogle mulige former er:

I hvert tilfælde er den venstre CH3-gruppe blevet holdt i en konstant position, så man kan se effekten af at dreje den højre gruppe.

Andre alkaner

Alle andre alkaner vil være bundet på samme måde:

• Kulstofatomerne vil hver fremme en elektron og derefter hybridisere for at give sp3-hybridorbitaler.

• Kulstofatomerne vil slutte sig til hinanden ved at danne sigma-bindinger ved at deres sp3-hybridorbitaler overlapper ende-til-ende.
• Hydrogenatomer vil slutte sig til, hvor der er behov for dem, ved at overlappe deres 1s1-orbitaler med sp3-hybridorbitaler på kulstofatomerne.

Spørgsmål til at teste din forståelse

Hvis dette er det første sæt spørgsmål, du har lavet, skal du læse den indledende side, før du begynder. Du skal bruge TILBAGEKAPPEN i din browser for at komme tilbage hertil bagefter.

Spørgsmål om bindinger i metan og ethan

Svar

Hvor vil du gerne hen nu?

Til menuen om organiske bindinger. ..

Til menuen om grundlæggende organisk kemi. . .

Til hovedmenu . . .