Hybridisierung von Silicium

Wissenschaft Chemie
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Hallo allerseits,

ich habe mal ein paar Fragen zur Hybridisierung von Silicium, speziell in Silanverbindungen.

Silane sind ja ähnlich aufgebaut wie Alkane. Die H-Atome sind im Monosilan wie auch im Methan tetraedrisch um das Si-Atom angeordnet. Damit es dazu kommt müssten die Elektronen der Hauptquantenzahl n = 3 doch sp3 hybridisert sein, oder. Die 4 Bindungen sind doch energetisch gleichwertig…

Wenn diese Annahme so stimmt, wie kann ich dies grafisch nach der Molekülorbitaltheorie darstellen (Elektronen-Energie-Schema)? Normalerweise ergeben sich ja beim „Mischen“ von Atomorbitalen eine genauso große Anzahl an Molekülorbitalen wie ich vorher insgesamt an Atomorbitalen hatte. Das würde bedeuten, dass ich beim Monosilan (SiH4) 4 Orbitale aus dem sp3-Hybrid des Siliciums und 4 x 1 Orbital aus dem 1s der Wasserstoffatome addieren müsste zu insgesamt 8 MO’s. Wie kann ich nun erklären, dass sich daraus eben nicht nur 1 bindendes sigma-Orbital, 3 bindende pi-Orbitale und die gleiche Anzahl an antibindenden Orbitalen ergibt, sondern 4 bindende und 4 antibindende sigma-Orbitale? Oder sind es womöglich doch je zwei bindende und antibindende sigma- und pi-Orbitale von denen aber die antibindenden sigma-Orbitale energetisch niedriger liegen als die bindenden pi-Orbitale und ich nur die insgesamt 4 sigma MO’s mit Eletronen besetzt habe…???

Kann man anhand dieser Molekülorbitale, wie auch immer sie aussehen mögen, die Instabilität von Silanen erklären?

Und wo wir schon mal bei der Hybridisierung sind: Gibt es, wie beim Kohlenstoff, für Silicium auch sp2 und sp-Hybridisierung und damit Doppel- und Dreifachbindungen?

Bin mal gespannt auf eure Antworten. Danke schon mal

Sven

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Moin Moin

Erstmal vorweg. Das Modell der Hybridisierung mit ihrer Teilung in Einzelschritten ist nur ein Denkmodell zur besseren Veranschaulichung. Es funktioniert sehr gut, die Einzelschritte finden aber so nicht statt.

Hauptquantenzahl n = 3 doch sp3
hybridisert sein, oder. Die 4 Bindungen sind doch energetisch
gleichwertig…

Noch hast du keine Bindungen. Du hast hybridisierte AOs, erst diese überlappen mit den Partnerorbitalen zu MOs (Nur Denkmodell)

hatte. Das würde bedeuten, dass ich beim Monosilan (SiH4) 4
Orbitale aus dem sp3-Hybrid des
Siliciums und 4 x 1 Orbital aus dem 1s der Wasserstoffatome
addieren müsste zu insgesamt 8 MO’s.

Bingo. Jetzt kam dein Denkfehler mit den pi-MOs. s-AOs können nur sigma-MOs bilden, da sie keine Knotenfläche längs der Bindungsachse haben. Ein H-Atom hat nur das 1s-AO zur Verfügung. Ein hoch angeregtes H-Atom mit seinem Elektron im 2p-Orbital wird keine halbwegs stabile Bindung eingehen. So gibt es nur sigma Bindungen.

Kann man anhand dieser Molekülorbitale, wie auch immer sie
aussehen mögen, die Instabilität von Silanen erklären?

Nein. Der Hauptgrund ist die bessere Polarisierbarkeit des Si im Vergleich zum C und damit auch der Bindungen. Wasser langt für den Angriff schon. Der Rest ist ein Vergleich der Bildungsenthalpien von SiO2, CO2 etc. .

Und wo wir schon mal bei der Hybridisierung sind: Gibt es, wie
beim Kohlenstoff, für Silicium auch sp2
und sp-Hybridisierung und damit Doppel- und Dreifachbindungen?

Nein, der Atomrumpf des Si-Atoms ist zu groß, so können keine stabilen pi-Bindungen ausgebildet werden.

Ich hoffe ich konnte dir helfen
Guido