Bindung in Acetylen
Schließlich gilt das Hybridorbitalkonzept gut für dreifach gebundene Gruppen wie Alkine und Nitrile. Betrachten Sie zum Beispiel die Struktur von Ethin (gebräuchlicher Name Acetylen), dem einfachsten Alkin.
Dieses Molekül ist linear: Alle vier Atome liegen in einer geraden Linie. Die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Dreifachbindung ist nur 1,20 Å lang. Im hybriden Orbitalbild von Acetylen sind beide Kohlenstoffe sp-hybridisiert. In einem sp-hybridisierten Kohlenstoff verbindet sich das 2s-Orbital mit dem 2px-Orbital zu zwei sp-Hybridorbitalen, die in einem Winkel von 180 ° zueinander ausgerichtet sind (z. entlang der x-Achse). Die 2py- und 2pz-Orbitale bleiben unhybridisiert und sind senkrecht entlang der y- bzw.
Die CC-Sigma-Bindung wird dann durch die Überlappung eines sp-Orbitals von jedem der Kohlenstoffe gebildet, während die beiden CC-Sigma-Bindungen durch die Überlappung des zweiten sp-Orbitals an jedem Kohlenstoff mit einem 1s-Orbital an einem Wasserstoff gebildet werden. Jedes Kohlenstoffatom hat noch zwei halbgefüllte 2py- und 2pz-Orbitale, die sowohl zueinander als auch zu der durch die Sigma-Bindungen gebildeten Linie senkrecht stehen. Diese beiden senkrechten Paare von p-Orbitalen bilden zwei Pi-Bindungen zwischen den Kohlenstoffen, was insgesamt zu einer Dreifachbindung führt (eine Sigma-Bindung plus zwei Pi-Bindungen).
Das hybride Orbitalkonzept erklärt eine weitere experimentelle Beobachtung: Einfachbindungen, die an Doppel- und Dreifachbindungen angrenzen, sind progressiv kürzer und stärker als ’normale‘ Einzelbindungen, wie sie in einem einfachen Alkan vorkommen. Die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung in Ethan (Struktur A unten) ergibt sich aus der Überlappung zweier sp3-Orbitale.
In Alken B ist jedoch die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindung das Ergebnis einer Überlappung zwischen einem sp2-Orbital und einem sp3-Orbital, während in Alkin C die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindung das Ergebnis einer Überlappung zwischen einem sp-Orbital und einem sp3-Orbital ist. Dies sind alles Einfachbindungen, aber die Bindung in Molekül C ist kürzer und stärker als die in B, die wiederum kürzer und stärker ist als die in A.
Die Erklärung hier ist relativ einfach. Ein sp-Orbital besteht aus einem s-Orbital und einem p-Orbital und hat somit 50% s-Charakter und 50% p-Charakter. sp2-Orbitale haben im Vergleich dazu 33% s-Charakter und 67% p-Charakter, während sp3-Orbitale 25% s-Charakter und 75% p-Charakter haben. Aufgrund ihrer Kugelform sind 2s-Orbitale kleiner und halten Elektronen im Vergleich zu 2p-Orbitalen näher und enger am Kern. Folglich sind Bindungen mit sp + sp3-Überlappung (wie in Alkin C) kürzer und stärker als Bindungen mit sp2 + sp3-Überlappung (wie in Alken B). Bindungen mit sp3-sp3overlap (wie in Alkan A) sind die längsten und schwächsten der Gruppe, wegen der 75% ‚p‘ Charakter der Hybride.