Sp3koolstof

Sp3-koolstof, of sp3-hybridisatie van koolstof, verwijst naar koolstofatomen die vier equivalente sp3-hybride orbitalen vormen. Koolstof heeft vier valentie-elektronen en kan door herschikking van elektronen de 2s- en drie 2p-orbitalen combineren tot vier sp3-gehybride orbitalen. Deze orbitalen richten zich tetraëdrisch op, met een hoek van ongeveer 109,5 graden tussen aangrenzende orbitalen. Elk sp3-orbitaal overlapt met een ander atoom om een σ-binding te vormen, waardoor koolstof in de meeste organische moleculen vier enkelbindingen kan aangaan. Hierdoor ontstaan verzadigde koolstofketens en een karakteristieke flexibiliteit door rotatie rondom de σ-bindingen.

Sp3-koolstof komt veel voor in alkanen en vormt het hart van koolwaterstofketens zoals methaan (CH4) en ethaan (C2H6). In diamant vormt elk koolstofatoom een tetraëdrale structuur met vier sterke C–C σ-banden naar naburige koolstoffen; dit geeft diamant zijn hardheid. In moleculen kan een koolstofcentrum sp3-gehybridiseerd zijn en kan het chirale centra bevatten wanneer vier verschillende substituenten aanwezig zijn, hetgeen optische isomerie kan veroorzaken.

Vergeleken met sp2-koolstof (drie hybride orbitalen, planair trigonaal, bijv. koolstof in etheen) en sp-koolstof (twee hybride orbitalen, lineair, bijv. in acetyleen) biedt sp3-koolstof vier enkelbindingen, tetraëdrale geometrie en over het algemeen een gebrek aan π-bindingen. Deze eigenschappen vormen de basis voor de stabiliteit en variatie van veel organische verbindingen.