koolstoforbitalen

Koolstoforbitalen zijn de orbitalen waarin koolstofelectrons voorkomen en bepalen hoe koolstofBindingen aangaat met andere atomen. Bij een koolstofatoom met atoomnummer 6 is de elektronconfiguratie 1s2 2s2 2p2. De kern blijft in de 1s-orbital, terwijl de valentie-orbitalen in de tweede schil liggen: één gevulde 2s en drie 2p-orbitalen (px, py en pz). In het vrije atoom zijn de p-orbitalen degenerate, en de elektronentoewijzing volgt de Pauli-uitsluiting en Hunds regel.

Door chemische interacties kunnen koolstoforbitalen hybride vormen aannemen. Bij sp3-hybridisatie vormen vier equivalent uitgelijnde sp3-hybride orbitalen die tetraëdrisch gericht zijn, wat kubusachtige of vertakkende koolwaterstoffen mogelijk maakt, zoals in methane. Bij sp2-hybridisatie ontstaan drie equivalente hybriden en blijft één onvervormde p-orbitaal over, wat leidt tot planaire structuren met drie sigma-bindingen en een pi-binding, zoals in ethene. Bij sp-hybridisatie bestaan twee hybriden en twee onverzadigde p-orbitalen, wat lineaire bindingen oplevert, zoals in acetylene.

In moleculaire orbitalen dragen de s- en p-orbitalen bij aan de vorming van bonds en antibonds. Sigma-bindingen ontstaan uit end-to-end overlap van s- of p-orbitalen, terwijl pi-bindingen ontstaan uit side-by-side overlap van parallel lopende p-orbitalen. Bij koolstofverbindingen kan pi-overlap leiden tot delocalisatie in dubbele en aromatische verbindingen, wat stabiliteit en bijzondere eigenschappen oplevert.

Samengevat vormen koolstoforbitalen de basis voor koolstofbindingen, variërend van enkel- tot drievoudige bindingen, en bepalen ze structuur en reactiviteit van koolstofverbindingen.