Aufgabe 2.4 · Abitur Hessen Chemie LK 2022

Erläutern Sie die Bindungsverhältnisse im Ethin-Molekül mithilfe des Orbitalmodells.

Lösung: Beide C-Atome sind sp-hybridisiert. Je eines der beiden sp-Hybridorbitale überlappt mit einem der beiden sp-Hybridorbitale des jeweils anderen C-Atoms zu einer $\sigma$-Bindung. Das jeweils andere sp-Hybridorbital der beiden C-Atome überlappt jeweils mit dem 1s-Orbital eines H-Atoms (jeweils eine $\sigma$-Bindung). Die beiden an der $\sigma$-Bindung nicht beteiligten p-Orbitale der C-Atome stehen jeweils senkrecht zur Kern-Kern-Verbindungsachse bzw. zueinander und überlappen seitlich zu zwei $\pi$-Bindungen.

Begründen Sie die unterschiedliche Länge der C–H-Bindung im Ethen- und Ethin-Molekül mithilfe der Aussage des Fachtextes (Material 3).

Lösung: Im Ethin-Molekül sind die C-Atome sp-hybridisiert (50 % s-Anteil, 50 % p-Anteil), im Ethen-Molekül $\text{sp}^2$-hybridisiert (ca. 33 % s-Anteil, 67 % p-Anteil). Da s-Orbitale kugelförmig sind und näher am Kern liegen als die hantelförmigen p-Orbitale, sind sp-Hybridorbitale stärker der Kugelform angenähert und kompakter als $\text{sp}^2$-Hybridorbitale. Daraus resultiert bei der Überlappung der sp-Hybridorbitale mit dem s-Orbital des Wasserstoffs eine geringere Bindungslänge im Ethin-Molekül (106,1 pm) im Vergleich zum Ethen-Molekül (107,6 pm).