Valenzbindungstheorie (VB) Definition

Die Valenzbindungstheorie (VB) ist eine chemische Bindungstheorie, die die chemische Bindung zwischen zwei Atomen erklärt. Wie die Molekülorbitaltheorie (MO-Theorie) erklärt sie die Bindung unter Verwendung quantenmechanischer Prinzipien. Nach der Valenzbindungstheorie wird die Bindung durch die Überlappung von halbgefüllten Atomorbitalen verursacht. Die beiden Atome teilen sich das ungepaarte Elektron, um ein gefülltes Orbital zu bilden, um ein Hybridorbital zu bilden und sich miteinander zu verbinden. Sigma- und Pi-Bindungen sind Teil der Valenzbindungstheorie.

Wichtige Erkenntnisse: Valence Bond (VB) Theorie

• Die Valenzbindungstheorie oder VB-Theorie basiert auf der Quantenmechanik und erklärt, wie chemische Bindungen funktionieren.
• In der Valenzbindungstheorie werden die Atomorbitale einzelner Atome zu chemischen Bindungen kombiniert.
• Die andere Haupttheorie der chemischen Bindung ist die Molekülorbitaltheorie oder die MO-Theorie.
• Die Valenzbindungstheorie wird verwendet, um zu erklären, wie sich kovalente chemische Bindungen zwischen mehreren Molekülen bilden.

Theorie

Die Valenzbindungstheorie sagt die Bildung kovalenter Bindungen zwischen Atomen voraus, wenn sie halbgefüllte Valenz-Atomorbitale haben, die jeweils ein einzelnes ungepaartes Elektron enthalten. Diese Atomorbitale überlappen sich, sodass Elektronen mit der höchsten Wahrscheinlichkeit innerhalb des Bindungsbereichs liegen. Beide Atome teilen sich dann die einzelnen ungepaarten Elektronen, um schwach gekoppelte Orbitale zu bilden.

Die beiden Atomorbitale müssen nicht gleich sein. Beispielsweise können sich Sigma- und Pi-Bindungen überlappen. Sigma-Bindungen entstehen, wenn die beiden Elektronen gemeinsam Orbitale haben, die sich Kopf an Kopf überlappen. Im Gegensatz dazu bilden sich pi-Bindungen, wenn sich die Orbitale überlappen, aber parallel zueinander sind.

Dieses Diagramm zeigt eine Sigma-Bindung zwischen zwei Atomen. Der rote Bereich repräsentiert die lokalisierte Elektronendichte. ZooFari / Creative Commons Namensnennung-Weitergabe unter gleichen Bedingungen 3.0 Unported-Lizenz

Sigma-Bindungen bilden sich zwischen Elektronen zweier s-Orbitale, da die Orbitalform sphärisch ist. Einfachbindungen enthalten eine Sigma-Bindung. Doppelbindungen enthalten eine Sigma-Bindung und eine Pi-Bindung. Dreifachbindungen enthalten eine Sigma-Bindung und zwei Pi-Bindungen. Wenn sich chemische Bindungen zwischen Atomen bilden, können die Atomorbitale Hybride von Sigma- und Pi-Bindungen sein.

Die Theorie hilft, die Bindungsbildung in Fällen zu erklären, in denen eine Lewis-Struktur reales Verhalten nicht beschreiben kann. In diesem Fall können mehrere Valenzbindungsstrukturen verwendet werden, um eine einzelne Lewis-Struktur zu beschreiben.

Geschichte

Die Valenzbindungstheorie basiert auf Lewis-Strukturen. G.N. Lewis schlug diese Strukturen 1916 vor, basierend auf der Idee, dass zwei gemeinsame Bindungselektronen chemische Bindungen eingehen. Die Quantenmechanik wurde angewendet, um die Bindungseigenschaften in der Heitler-London-Theorie von 1927 zu beschreiben. Diese Theorie beschrieb die chemische Bindungsbildung zwischen Wasserstoffatomen im H2-Molekül unter Verwendung der Schrödinger-Wellengleichung, um die Wellenfunktionen der beiden Wasserstoffatome zusammenzuführen. 1928 kombinierte Linus Pauling Lewis 'Idee der Paarbindung mit der Heitler-London-Theorie, um eine Valenzbindungstheorie vorzuschlagen. Die Valenzbindungstheorie wurde entwickelt, um die Resonanz und die Orbitalhybridisierung zu beschreiben. Im Jahr 1931 veröffentlichte Pauling einen Artikel über die Valenzbindungstheorie mit dem Titel "Über die Natur der chemischen Bindung". Die ersten Computerprogramme zur Beschreibung der chemischen Bindung verwendeten die Molekülorbitaltheorie, aber seit den 1980er Jahren sind die Prinzipien der Valenzbindungstheorie programmierbar geworden. Heutzutage sind die modernen Versionen dieser Theorien in Bezug auf die genaue Beschreibung des tatsächlichen Verhaltens miteinander konkurrierend.

Verwendet

Die Valenzbindungstheorie kann oft erklären, wie sich kovalente Bindungen bilden. Das zweiatomige Fluor-Molekül F₂, ist ein Beispiel. Fluoratome bilden einfach kovalente Bindungen miteinander. Die F-F-Bindung entsteht durch Überlappung p_z Orbitale, die jeweils ein einzelnes ungepaartes Elektron enthalten. Eine ähnliche Situation tritt bei Wasserstoff H auf₂, Die Bindungslängen und -stärken unterscheiden sich jedoch zwischen H₂ und F₂ Moleküle. In Flusssäure HF bildet sich eine kovalente Bindung zwischen Wasserstoff und Fluor. Diese Bindung entsteht aus der Überlappung des Wasserstoffs 1s Orbital und das Fluor 2p_z Orbital, die jeweils ein ungepaartes Elektron haben. In HF teilen sich sowohl das Wasserstoff- als auch das Fluoratom diese Elektronen in einer kovalenten Bindung.

Quellen

• Cooper, David L .; Gerratt, Joseph; Raimondi, Mario (1986). "Die elektronische Struktur des Benzolmoleküls." Natur. 323 (6090): 699. doi: 10,1038 / 323699a0
• Messmer, Richard P .; Schultz, Peter A. (1987). "Die elektronische Struktur des Benzolmoleküls." Natur. 329 (6139): 492. doi: 10.1038 / 329492a0
• Murrell, J. N .; Kettle, S. F. A .; Tedder, J. M. (1985). Die chemische Bindung (2. Aufl.). John Wiley & Söhne. ISBN 0-471-90759-6.
• Pauling, Linus (1987). "Elektronische Struktur des Benzolmoleküls." Natur. 325 (6103): 396. doi: 10.1038 / 325396d0
• Shaik, Sason S .; Phillipe C. Hiberty (2008). Leitfaden für Chemiker zur Valenzbindungstheorie. New Jersey: Wiley-Interscience. ISBN 978-0-470-03735-5.