Nu när vi har fyra oparade elektroner redo för bindning uppstår ett annat problem. I metan är alla kol-vätebindningar identiska, men våra elektroner befinner sig i två olika typer av orbitaler. Du kommer inte att få fyra identiska bindningar om du inte börjar från fyra identiska orbitaler.

Hybridisering

Elektronerna arrangerar om sig själva igen i en process som kallas hybridisering. Detta omorganiserar elektronerna till fyra identiska hybridorbitaler som kallas sp3-hybrider (eftersom de består av en s-orbital och tre p-orbitaler). Du ska läsa ”sp3” som ”s p tre” – inte som ”s p kubik”.

Sp3-hybridorbitaler ser lite ut som en halv p-orbital, och de ordnar sig i rummet så att de är så långt ifrån varandra som möjligt. Man kan föreställa sig kärnan som att den befinner sig i centrum av en tetraeder (en pyramid med trekantig bas) med orbitalerna som pekar mot hörnen. För tydlighetens skull är kärnan ritad mycket större än vad den egentligen är.

Vad händer när bindningarna bildas?

Håll dig i minnet att väteelektronen befinner sig i en 1s orbital – ett sfäriskt symmetriskt område i rymden som omger kärnan och där det finns en viss bestämd chans (låt oss säga 95 %) att hitta elektronen. När en kovalent bindning bildas, slås de atomära orbitalerna (orbitalerna i de enskilda atomerna) samman till en ny molekylär orbital som innehåller elektronparet som skapar bindningen.

Fyra molekylära orbitaler bildas, som ser ut ungefär som de ursprungliga sp3-hybriderna, men med en väteatomkärna inbäddad i varje lob. Varje orbital rymmer de 2 elektroner som vi tidigare har ritat som en prick och ett kryss.

De principer som är inblandade – befordran av elektroner om nödvändigt, sedan hybridisering, följt av bildandet av molekylära orbitaler – kan tillämpas på vilken kovalent bunden molekyl som helst.

Metanens form

När sp3-orbitaler bildas ordnar de sig själva så att de ligger så långt ifrån varandra som möjligt. Det är ett tetraedriskt arrangemang, med en vinkel på 109,5°.

Inget förändras när det gäller formen när väteatomerna kombineras med kolet, och därför är metanmolekylen också tetraedrisk med 109,5&deg bindningsvinklar.

Etan, C2H6

Bildningen av molekylära orbitaler i etan

Etan är inte särskilt viktigt i sig självt, men tas med eftersom det är ett enkelt exempel på hur en enkelbindning mellan kol och kol bildas.

Varje kolatom i etan främjar en elektron och bildar sedan sp3-hybrider precis som vi har beskrivit i metan. Så strax före bindningen ser atomerna ut så här:

Vätgaserna binder sig till de två kolvätena för att bilda molekylära orbitaler precis som de gjorde med metan. De två kolatomerna binder sig genom att slå samman sina återstående sp3-hybridorbitaler ända ut och ända in för att skapa en ny molekylärorbital. Den bindning som bildas genom denna överlappning mellan ändarna kallas för en sigma-bindning. Bindningarna mellan kolvätena och vätgaserna är också sigma-bindningar.

I varje sigma-bindning är det troligaste stället att hitta elektronparet på en linje mellan de två atomkärnorna.

Etans form runt varje kolatom

Förmågan bestäms återigen av hur sp3-orbitalerna är arrangerade runt varje kolatom. Det är ett tetraedriskt arrangemang, med en vinkel på 109,5°.

När etanmolekylen sätts ihop är arrangemanget runt varje kolatom återigen tetraedriskt med bindningsvinklar på ungefär 109,5&deg. Varför bara ”ungefär”? Den här gången har varje kolatom inte fyra identiska saker knutna till sig. Det kommer att finnas en liten förvrängning på grund av att 3 väteämnen och 1 kolatom är knutna till varandra, i stället för 4 väteämnen.

Fri rotation kring kol-kol-singelbindningen

De två ändarna av den här molekylen kan snurra ganska fritt kring sigma-bindningen, så det finns på sätt och vis ett oändligt antal möjligheter för formen på en etanmolekyl. Några möjliga former är:

I varje fall har den vänstra CH3-gruppen hållits i ett konstant läge så att du kan se effekten av att snurra den högra.

Övriga alkaner

Alla andra alkaner kommer att bindas på samma sätt:

• Kolatomerna kommer att främja varsin elektron och sedan hybridisera för att ge sp3-hybridorbitaler.

• Kolatomerna kommer att förena sig med varandra genom att bilda sigma-bindningar genom att deras sp3-hybridorbitaler överlappar varandra från ände till ände.
• Vätegasatomer kommer att förena sig med varandra varhelst de behövs genom att överlappa sina 1s1-orbitaler med sp3-hybridorbitaler på kolatomerna.

Frågor för att testa din förståelse

Om det här är den första uppsättningen frågor som du gör, läs den inledande sidan innan du börjar. Du måste använda TILLBAKA-knappen i din webbläsare för att komma tillbaka hit efteråt.

Frågor om bindningar i metan och etan

Svar

Vart vill du gå nu?

Till menyn om organiska bindningar. .

till menyn för grundläggande organisk kemi. . .

till huvudmenyn . . .