Nu we 4 ongepaarde elektronen hebben die klaar zijn voor binding, doet zich een ander probleem voor. In methaan zijn alle koolstof-waterstofverbindingen identiek, maar onze elektronen zitten in twee verschillende soorten banen. Je krijgt geen vier identieke bindingen tenzij je begint met vier identieke banen.

Hybridisatie

De elektronen herschikken zichzelf opnieuw in een proces dat hybridisatie wordt genoemd. Dit herschikt de elektronen in vier identieke hybride banen die sp3-hybriden worden genoemd (omdat ze zijn gemaakt van één s-baan en drie p-banen). Je moet “sp3” lezen als “s p drie” – niet als “s p in blokjes”.

shybride orbitalen van sp3 lijken een beetje op een halve p-baan, en ze rangschikken zichzelf in de ruimte zo dat ze zo ver mogelijk uit elkaar liggen. Je kunt je de kern voorstellen als in het midden van een tetraëder (een driehoekige piramide) met de orbitalen naar de hoeken gericht. Voor de duidelijkheid is de kern veel groter getekend dan hij in werkelijkheid is.

Wat gebeurt er als de bindingen worden gevormd?

Houd in gedachten dat het elektron van waterstof zich in een 1s-baan bevindt – een bolvormig symmetrisch gebied van de ruimte rond de kern waar er een vaste kans (zeg 95%) is om het elektron te vinden. Wanneer een covalente binding wordt gevormd, fuseren de atomaire banen (de banen in de afzonderlijke atomen) tot een nieuwe moleculaire baan die het elektronenpaar bevat dat de binding tot stand brengt.

Er worden vier moleculaire banen gevormd, die er ongeveer uitzien als de oorspronkelijke sp3-hybriden, maar met een waterstofkern ingebed in elke lob. Elke orbitaal bevat de 2 elektronen die we eerder hebben getekend als een punt en een kruis.

De betrokken principes – bevordering van elektronen indien nodig, dan hybridisatie, gevolgd door de vorming van moleculaire orbitalen – kunnen worden toegepast op elk covalent-gebonden molecuul.

De vorm van methaan

Wanneer sp3-orbitalen worden gevormd, rangschikken ze zich zo dat ze zo ver mogelijk uit elkaar liggen. Dat is een tetrahedrale ordening, met een hoek van 109,5°.

Niets verandert aan de vorm wanneer de waterstofatomen zich met de koolstof verbinden, en dus is het methaanmolecuul ook tetrahedraal met bindingshoeken van 109,5&deg.

Ethaan, C2H6

De vorming van moleculaire banen in ethaan

Ethaan is op zichzelf niet zo belangrijk, maar is opgenomen omdat het een eenvoudig voorbeeld is van hoe een koolstof-koolstof enkelvoudige binding wordt gevormd.

Elk koolstofatoom in het ethaan promoveert een elektron en vormt dan sp3 hybriden, precies zoals we in methaan hebben beschreven. Dus vlak voor de binding zien de atomen er als volgt uit:

De waterstofatomen binden zich met de twee koolstofatomen om moleculaire banen te vormen, net zoals ze dat bij methaan hebben gedaan. De twee koolstofatomen binden zich door hun overgebleven sp3-hybride banen end-to-end samen te voegen tot een nieuwe moleculaire orbitaal. De binding die door deze eind-tot-eind overlapping wordt gevormd, wordt een sigma binding genoemd. De bindingen tussen de koolwaterstoffen en de hydrogenen zijn ook sigma-bindingen.

In elke sigma-binding is de meest waarschijnlijke plaats om het elektronenpaar te vinden op een lijn tussen de twee kernen.

De vorm van ethaan rond elk koolstofatoom

De vorm wordt weer bepaald door de manier waarop de sp3-banen zijn gerangschikt rond elk koolstofatoom. Dat is een tetrahedrale opstelling, met een hoek van 109,5°.

Als het ethaanmolecuul in elkaar zit, is de opstelling rond elk koolstofatoom weer tetrahedraal met ongeveer 109,5&deg bindingshoeken. Waarom alleen “ongeveer”? Deze keer zitten er niet vier identieke dingen aan elk koolstofatoom vast. Er zal een kleine vervorming zijn door de aanhechting van 3 hydrogenen en 1 koolstof, in plaats van 4 hydrogenen.

Vrije rotatie om de enkelvoudige koolstof-koolstof binding

De twee uiteinden van dit molecuul kunnen vrij om de sigma binding draaien zodat er in zekere zin een oneindig aantal mogelijkheden zijn voor de vorm van een ethaan molecuul. Enkele mogelijke vormen zijn:

In elk geval is de linker CH3-groep in een constante positie gehouden, zodat u het effect van het ronddraaien van de rechter groep kunt zien.

Andere alkanen

Alle andere alkanen worden op dezelfde manier gebonden:

• De koolstofatomen promoveren elk een elektron en hybridiseren vervolgens om sp3-hybride banen te geven.

• De koolstofatomen zullen zich met elkaar verbinden door sigma-bindingen te vormen door de eind-tot-eind overlapping van hun sp3-hybride banen.
• Waterstofatomen zullen zich met elkaar verbinden waar ze nodig zijn door hun 1s1-banen te laten overlappen met sp3-hybride banen op de koolstofatomen.

Vragen om uw begrip te testen

Als dit de eerste reeks vragen is die u maakt, lees dan eerst de introductiepagina voordat u begint. U moet de TERUG NAAR knop van uw browser gebruiken om hier terug te komen.

Vragen over binding in methaan en ethaan

antwoorden

Waar wilt u nu heen?

Naar het menu over organische binding. . .

Naar het menu van de organische basischemie. . .

Naar het hoofdmenu . . .