logo

TechCodeview

Obligacje Sigma i Pi

Wiązania Sigma i Pi to dwa rodzaje wiązania kowalencyjne występuje w cząsteczkach i związkach. Wiązania Sigma i Pi odgrywają kluczową rolę w zrozumieniu struktury, stabilności i reaktywności szerokiego zakresu związków chemicznych. Wiązania sigma charakteryzują się czołowym nakładaniem, większą gęstością elektronów wzdłuż osi wiązania i możliwością swobodnego obracania się. Z drugiej strony wiązania Pi obejmują równoległe nakładanie się orbit p, gęstość elektronów powyżej i poniżej osi międzyjądrowej oraz do pewnego stopnia ograniczają rotację.

W tym artykule omówimy koncepcję wiązań sigma i pi, w tym ich różne przykłady, cechy i kluczowe różnice między obydwoma wiązaniami. Pod koniec tego artykułu będziesz mieć solidną wiedzę na temat tych podstawowych wiązań kowalencyjnych, tj. Wiązań Sigma i Pi; i ich znaczenie w świecie chemii.



Wiązania Sigma i Pi-1

Spis treści

Co to jest Sigma Bond?

Wiązanie sigma powstaje w wyniku nakładania się od końca do końca orbitali wiążących wzdłuż osi międzyjądrowej. Nazywa się to nakładaniem czołowym lub nakładaniem osiowym. Nakładanie się orbitali s, a także nakładanie się orbitali p w pojedynczym wiązaniu powoduje powstanie wiązań sigma. Wiązania sigma pozwalają na swobodny obrót wokół osi wiązania, ponieważ gęstość elektronów jest skoncentrowana wzdłuż osi wiązania.



Charakterystyka obligacji Sigma

Kluczowe cechy wiązań sigma to:

  • Wiązanie Sigma to mocne wiązanie o dobrze określonym kierunku.
  • Gęstość elektronów w wiązaniu sigma koncentruje się wzdłuż osi międzyjądrowej.
  • Wiązania sigma pozwalają na swobodny obrót wokół osi wiązania.
  • Wiązania sigma mogą występować w postaci wiązań pojedynczych, podwójnych lub potrójnych.
  • Wiązania sigma wykazują cylindryczną symetrię wzdłuż osi wiązania.

Przykłady obligacji Sigma

Istnieją różne przykłady wiązań sigma, ponieważ wszystkie wiązania pojedyncze są tylko wiązaniami simaga. Oto kilka typowych przykładów:

  • W metanie (CH4), pojedyncze wiązania węgiel-wodór są wiązaniami sigma.
  • W etenie (C2H4), podwójne wiązanie węgiel-węgiel zawiera jedno wiązanie sigma i jedno wiązanie pi.
  • W cząsteczce wody (H2O), istnieją dwa wiązania sigma: jedno między każdym atomem wodoru i atomem tlenu.
  • W amoniaku (NH3), istnieją trzy wiązania sigma, po jednym na każdy atom wodoru związany z atomem azotu.

Wiązania Sigma w teorii orbitalu molekularnego

  • W teorii orbitali molekularnych wiązania sigma wyjaśnia się w kategoriach interakcji między orbitalami atomowymi, tworząc orbitale molekularne.
  • W teorii orbitali molekularnych punktem wyjścia jest rozważenie orbitali atomowych poszczególnych atomów w cząsteczce.
  • Tworzenie wiązań sigma polega na nakładaniu się orbitali atomowych dwóch atomów.
  • Kiedy dwa orbitale atomowe nakładają się, łączą się, tworząc orbitale molekularne.
  • W przypadku wiązania sigma konstruktywna interferencja funkcji falowych dwóch orbitali atomowych skutkuje powstaniem orbitalu molekularnego sigma (σ MO).
  • Teoria orbitali molekularnych przewiduje powstawanie zarówno wiążących, jak i antywiążących orbitali molekularnych.
  • Wiązanie MO (wiązanie σ) ma niższą energię i jest związane z gęstością elektronów pomiędzy jądrami, co stabilizuje cząsteczkę.
  • Antywiązanie MO (σ* antywiązanie) ma wyższą energię i zawiera gęstość elektronów poza obszarem międzyjądrowym.

Rodzaje obligacji Sigma

Wiązania sigma można podzielić na różne typy w zależności od charakteru orbitali atomowych i sposobu, w jaki się na siebie nakładają. Główne typy wiązań sigma obejmują:



s-s Nakładanie się

W przypadku nakładania się ss dwa orbitale s dwóch atomów nakładają się bezpośrednio wzdłuż osi międzyjądrowej (nakładanie się czołowo).

Na przykład w cząsteczce wodoru (H2) dwa atomy wodoru tworzą wiązanie sigma poprzez nakładanie się ss.

W tym przypadku dwa w połowie wypełnione orbitale s wzdłuż osi międzyjądrowej nakładają się, jak pokazano poniżej:

Nakładanie się Sigmy

s-p Nakładanie się

W tym przypadku występuje nakładanie się w połowie wypełnionej orbitali s jednego atomu i w połowie wypełnionych orbitali p innego atomu. W przypadku nakładania się sp, jeden orbital s i jeden orbital p dwóch różnych atomów nakładają się bezpośrednio wzdłuż osi międzyjądrowej.

Klasyczny przykład nakładania się sp występuje w wiązaniach węgiel-wodór (C-H) w metanie (CH4), gdzie orbital 2s atomu węgla pokrywa się z orbitalem 1s atomu wodoru, tworząc wiązania sigma.

Sigma s p Nakładanie się

p-p Nakładanie się

Ten rodzaj nakładania się ma miejsce pomiędzy w połowie wypełnionymi orbitalami p dwóch zbliżających się atomów. W przypadku nakładania się pp dwa równoległe orbitale p dwóch atomów nakładają się obok siebie powyżej i poniżej osi międzyjądrowej.

Na przykład w cząsteczce takiej jak eten (C2H4), podwójne wiązanie węgiel-węgiel składa się zarówno z wiązania sigma, jak i wiązania pi utworzonego przez nakładanie się pp.

Wiązania Sigma i Pi-6

Co to są obligacje Pi?

Podczas tworzenia wiązania pi orbitale atomowe nakładają się na siebie w taki sposób, że ich osie pozostają równoległe do siebie i prostopadłe do osi międzyjądrowych. Wiązania Pi zwykle tworzą się oprócz wiązań sigma w wiązaniach podwójnych lub potrójnych (jak w alkinach lub alkinach) i obejmują nakładanie się niezhybrydyzowanych orbitali p. Wiązania Pi ograniczają w pewnym stopniu obrót wokół osi wiązania, ponieważ gęstość elektronów jest powyżej i poniżej oś międzyjądrową.

Charakterystyka wiązań Pi

  • Wiązania Pi ograniczają rotację między atomami w cząsteczce.
  • W wiązaniu pi gęstość elektronów jest skoncentrowana powyżej i poniżej osi międzyjądrowej.
  • Wiązania Pi są na ogół słabsze niż wiązania sigma ze względu na ich wzajemne nakładanie się.
  • W wiązaniach pi gęstość elektronów jest rozłożona na większym obszarze.
  • Wiązania Pi powszechnie występują w wiązaniach podwójnych i potrójnych.

Przykłady wiązań Pi

  • Eten (znany również jako etylen) zawiera podwójne wiązanie pomiędzy dwoma atomami węgla. W tym wiązaniu znajduje się jedno wiązanie sigma (σ) i jedno wiązanie pi (π) utworzone przez nakładanie się orbitali p.
  • Benzen jest sześcioczłonową strukturą pierścieniową z naprzemiennymi wiązaniami pojedynczymi i podwójnymi. Zawiera trzy wiązania sigma (CC) i trzy wiązania pi (C=C).
  • W cząsteczce tlenu (O2), istnieje podwójne wiązanie pomiędzy dwoma atomami tlenu. To podwójne wiązanie zawiera jedno wiązanie sigma i jedno wiązanie pi. Wiązanie pi powstaje, gdy orbitale p atomów tlenu nakładają się obok siebie.
  • W cząsteczce azotu (N2), pomiędzy dwoma atomami azotu występuje potrójne wiązanie, składające się z jednego wiązania sigma (σ) i dwóch wiązań pi.

Wiązanie Pi za pomocą orbitalu molekularnego

Różnice w obligacjach Sigma i Pi

Różnice między wiązaniem sigma i pi są następujące:

Charakterystyka

Wiązanie Sigma (σ).

Wiązanie Pi (π).

Tworzenie więzi

 Powstałe w wyniku czołowego lub od końca do końca nakładania się orbitali atomowych. Powstał w wyniku bocznego nakładania się orbitali atomowych.

Liczba Obligacji w Pojedynczej Obligacji

 Pojedyncze wiązanie sigma jest zawsze obecne w pojedynczym wiązaniu kowalencyjnym. Pojedynczemu wiązaniu pi zwykle towarzyszy wiązanie sigma w pojedynczym wiązaniu.

Dystrybucja elektronów

 Elektrony skupiają się wzdłuż osi pomiędzy dwoma jądrami. Elektrony są rozmieszczone powyżej i poniżej osi wiązania, tworząc chmurę elektronów.

Siła wiązania

 Wiązania Sigma są na ogół silniejsze i bardziej stabilne niż wiązania pi. Wiązania Pi są słabsze i bardziej podatne na zakłócenia niż wiązania sigma.

Obrót

 Wiązania sigma umożliwiają swobodny obrót wokół osi wiązania. Wiązania Pi ograniczają rotację i tworzą charakter wiązania podwójnego lub potrójnego.

Hybrydyzacja

 Wiązania Sigma mogą tworzyć się z orbitalami s i p i obejmować sp, sp2lub sp3hybrydyzacja. Wiązania Pi zazwyczaj obejmują nakładanie się p-p i mogą wymagać użycia niezhybrydyzowanych orbitali p.

Lokalizacja w wielu obligacjach

 Wiązania sigma występują w wiązaniach pojedynczych, a pierwsze wiązanie w wiązaniach wielokrotnych (np. w wiązaniu podwójnym lub potrójnym). Wiązania Pi występują w wiązaniach wielokrotnych, takich jak drugie i trzecie wiązanie w wiązaniu podwójnym lub potrójnym.

Typ nakładania się

 Bezpośrednie nakładanie się orbitali. Nakładanie się orbitali na boki.

Przykłady

 Wiązanie pojedyncze CC, wiązanie CH, wiązanie podwójne C=C, wiązanie potrójne C≡C C=C Wiązanie podwójne, C≡C Wiązanie potrójne, N=N Wiązanie potrójne

Wytrzymałość

 Generalnie silniejszy Generalnie słabszy

Liczba w wielu obligacjach

 Jedno wiązanie sigma w pojedynczym wiązaniu; jedno wiązanie sigma w wiązaniu podwójnym (plus jedno wiązanie pi); jedno wiązanie sigma w wiązaniu potrójnym (plus dwa wiązania pi) Jedno wiązanie pi w wiązaniu podwójnym; dwa wiązania pi w wiązaniu potrójnym

Gęstość elektronów

 Skoncentrowane wzdłuż osi międzyjądrowej Skoncentrowane powyżej i poniżej osi międzyjądrowej

Obrót

 Umożliwia swobodny obrót wokół osi wiązania Ogranicza rotację ze względu na nakładanie się na siebie stron

Geometria orbitali

 Orbitale Sigma są cylindrycznie symetryczne. Orbitale Pi mają dwa płaty powyżej i poniżej osi wiązania.

Występowanie

 Występuje we wszystkich wiązaniach kowalencyjnych, w tym w wiązaniach pojedynczych, podwójnych i potrójnych Występuje w wiązaniach podwójnych i potrójnych

Przykłady wiązań Sigma i Pi

Istnieją różne przykłady wiązań sigma i pi. Omówmy kilka przykładów w następujący sposób:

Wiązania Sigma i Pi w Ethene (C2H4)

W cząsteczkach z wiązaniami podwójnymi (π) lub potrójnymi (σ), oprócz wiązań pi, istnieją również wiązania sigma. Na przykład w etenie (C2H4), wiązanie węgiel-węgiel zawiera jedno wiązanie sigma i jedno wiązanie pi.

Wiązanie sigma to wiązanie bezpośrednio pomiędzy dwoma atomami węgla (C-C), a wiązanie pi tworzy się powyżej i poniżej wiązania sigma w orbitali p atomów węgla.

Wiązania Sigma i Pi w acetylenie (C2H2)

Acetylen (C2H2) zawiera potrójne wiązanie między dwoma atomami węgla. To potrójne wiązanie składa się z jednego wiązania sigma i dwóch wiązań pi:

W tym przypadku dwa wiązania pi znajdują się powyżej i poniżej wiązania sigma. Wiązania pi powstają w wyniku bocznego nakładania się orbitali p atomów węgla.

Wiązania Sigma i Pi w benzenie

W benzenie (C6H6), istnieje sześć wiązań sigma (σ) utworzonych przez czołowe nakładanie się orbitali atomowych, zapewniając stabilność strukturalną. Dodatkowo istnieją trzy wiązania pi (π) związane z naprzemiennymi wiązaniami podwójnymi w pierścieniu sześciokątnym, przyczyniając się do wyjątkowej stabilności i reaktywności cząsteczki ze względu na zdelokalizowaną chmurę elektronów nad i pod pierścieniem.

Znaczenie wiązań Sigma i Pi w wiązaniach chemicznych

Wiązania Sigma i Pi mają pewne znaczenie w wiązaniach chemicznych, a są to:

  • Liczba i rodzaje wiązań sigma i pi w cząsteczce mają kluczowe znaczenie dla określenia jej stechiometrii.
  • Ich znaczenie polega na ich udziale w strukturze, stabilności i reaktywności cząsteczek.
  • Wiązania sigma pozwalają na swobodny obrót wokół osi wiązania, co ma kluczowe znaczenie w badaniu izomerii konformacyjnej w chemii organicznej. Wiązania Pi natomiast ograniczają rotację, przyczyniając się do sztywności cząsteczek zawierających wiązania podwójne lub potrójne.

Przykładowe pytanie dotyczące obligacji Sigma i obligacji Pi

Pytanie 1: Omów szczegółowo Sigmę i Pi Bond.

Odpowiedź:

Wiązania Sigma (σ) i pi (π) to dwa podstawowe typy wiązań kowalencyjnych powstających między atomami, gdy dzielą one elektrony. Wiązania sigma są na ogół silniejsze niż wiązania pi ze względu na bardziej bezpośrednie nakładanie się orbitali, co skutkuje większą gęstością elektronów wzdłuż osi wiązania.

Pytanie 2: Wyjaśnij różnice między Sigmą a Pi Bondem.

charat java

Odpowiedź:

Wiązania Sigma (σ) powstają w wyniku czołowego nakładania się orbitali atomowych, umożliwiając swobodny obrót wzdłuż osi wiązania. Wiązania Pi (π) powstają w wyniku bocznego nakładania się orbitali p, ograniczając rotację i tworząc wiązanie podwójne lub potrójne. Wiązania Sigma są silniejsze i pierwotne, podczas gdy wiązania pi są słabsze i wtórne w wiązaniach wielokrotnych.

Pytanie 3: Jak określa się stabilność dowolnej cząsteczki?

Odpowiedź:

O stabilności cząsteczki decyduje przede wszystkim siła wiązań kowalencyjnych i rozmieszczenie tych wiązań w strukturze cząsteczki. Wiązania sigma zapewniają podstawowe połączenie między atomami i są na ogół silniejsze niż wiązania pi. Jednak wiązania pi przyczyniają się do ogólnej siły wiązania i mogą wpływać na geometrię i reaktywność cząsteczki. Połączenie wiązań sigma i pi pozwala na tworzenie stabilnych cząsteczek o ściśle określonych strukturach, a ich obecność ma kluczowe znaczenie w określaniu właściwości chemicznych i reaktywności związków.

Obligacje Sigma i Obligacje Pi: często zadawane pytania

1. Czym są obligacje Sigma i Pi?

Wiązania Sigma (σ) powstają w wyniku bezpośredniego nakładania się orbit atomowych i umożliwiają swobodny obrót. Wiązania Pi (π) powstają w wyniku równoległego nakładania się orbitali p, ograniczając rotację.

2. Ile obligacji Sigma i Pi może mieć pojedyncza więź?

Pojedyncze wiązanie kowalencyjne składa się z jednego wiązania sigma, a w pojedynczym wiązaniu nie ma wiązań pi.

3. Czy podwójne wiązanie może mieć zarówno wiązania Sigma, jak i Pi?

Wiązanie podwójne składa się z jednego wiązania sigma (σ) i jednego wiązania pi (π).

4. Jakie typy orbitali mogą tworzyć wiązania Sigma?

Wiązania sigma mogą powstawać w wyniku nakładania się orbitali s, s, p, p i niektórych d.

5. Jakie typy orbitali mogą tworzyć wiązania Pi?

Wiązania Pi powstają w wyniku nakładania się równoległych orbitali p-p lub d-p.

6. Czy wiązania Sigma i Pi mogą współistnieć w tej samej cząsteczce?

Tak, wiązania sigma i pi mogą współistnieć w tej samej cząsteczce, tak jak w przypadku wiązań podwójnych i potrójnych.

7. Czy wszystkie cząsteczki mają wiązania Sigma i Pi?

Nie wszystkie cząsteczki mają zarówno wiązania sigma, jak i pi; niektóre mają tylko wiązania sigma.

8. Czy więzi Sigma i Pi są równie mocne?

Wiązania Sigma są na ogół silniejsze niż wiązania pi ze względu na większe nakładanie się orbitali w wiązaniach sigma.

9. Jak obliczyć wiązania Sigma i Pi?

Rysując strukturę Lewisa i identyfikując wiązania pojedyncze, podwójne i potrójne.

10. Jaka jest liczba wiązań Sigma (σ) i Pi (π) w benzenie?

Wiązania Sigma (σ): W benzenie występuje łącznie 12 wiązań sigma. Należą do nich sześć pojedynczych wiązań węgiel-węgiel i sześć pojedynczych wiązań węgiel-wodór.

Wiązania Pi (π): W benzenie występują trzy wiązania pi (wiązania π), które wpływają na jego aromatyczność.