Sigma- och Pi-bindningar är de två typerna av kovalenta bindningar finns i molekyler och föreningar. Sigma- och Pi-bindningar spelar en avgörande roll för att förstå strukturen, stabiliteten och reaktiviteten hos ett brett spektrum av kemiska arter. Sigma-bindningar kännetecknas av deras frontala överlappning, större elektrondensitet längs bindningsaxeln och förmågan att rotera fritt. Pi-bindningar, å andra sidan, involverar parallell p-orbital överlappning, elektrontäthet över och under den inre kärnaxeln och begränsar rotationen till viss del.
I den här artikeln kommer vi att diskutera begreppet sigma- och pi-bindningar inklusive deras olika exempel, egenskaper och nyckelskillnader mellan båda bindningarna. I slutet av denna artikel kommer du att ha en gedigen förståelse för dessa väsentliga kovalenta bindningar, dvs Sigma- och Pi-bindningar; och deras betydelse i kemins värld.
Innehållsförteckning
- Vad är Sigma Bond?
- Typer av Sigma Bond
- Vad är Pi Bonds?
- Sigma och Pi Bonds skillnader
- Betydelsen av Sigma- och Pi-bindningar i kemisk bindning
Vad är Sigma Bond?
Sigmabindning bildas genom överlappning från ände till ände av bindningsorbitaler längs den interna nukleära axeln. Detta kallas frontal överlappning eller axiell överlappning. Överlappningen av s-orbitaler, såväl som överlappningen av p-orbitaler i en enkelbindning, resulterar i sigma-bindningar. Sigma-bindningar tillåter fri rotation runt bindningsaxeln eftersom elektrondensiteten är koncentrerad längs bindningsaxeln.
Egenskaper hos Sigma Bonds
Viktiga egenskaper hos sigma-bindningar är:
- Sigma bond är ett starkt band med en väldefinierad riktning.
- Elektrondensiteten i en sigmabindning är koncentrerad längs den interna kärnaxeln.
- Sigma-bindningar tillåter fri rotation runt bindningsaxeln.
- Sigma-bindningar kan existera i enkel-, dubbel- eller trippelbindningar.
- Sigma-bindningar uppvisar cylindrisk symmetri längs bindningsaxeln.
Exempel på Sigma Bonds
Det finns olika exempel på sigma-bindningar eftersom alla enkelbindningar endast är simaga-bindningar. Några vanliga exempel är:
- I metan (CH4), är kol-väte-enkelbindningarna sigma-bindningar.
- I eten (C2H4), inkluderar kol-kol-dubbelbindningen en sigmabindning och en pi-bindning.
- I en vattenmolekyl (H2O), det finns två sigmabindningar: en mellan varje väteatom och syreatomen.
- I ammoniak (NH3), finns det tre sigma-bindningar, en för varje väteatom bunden till kväveatomen.
Sigmabindningar i molekylär orbitalteori
- I molekylär orbitalteori förklaras sigmabindningar i termer av interaktionen mellan atomära orbitaler för att bilda molekylära orbitaler.
- I molekylär orbitalteori är utgångspunkten övervägandet av atomära orbitaler för de enskilda atomerna i en molekyl.
- Bildandet av sigmabindningar innebär överlappning av atomära orbitaler från två atomer.
- När två atomära orbitaler överlappar varandra, kombineras de för att bilda molekylära orbitaler.
- I fallet med en sigmabindning resulterar den konstruktiva interferensen av vågfunktionerna för de två atomära orbitalerna i en sigmamolekylär orbital (σ MO).
- Molekylära orbitala teorier förutsäger bildandet av både bindande och antibindande molekylära orbitaler.
- Den bindande MO (σ bindning) har lägre energi och är associerad med elektrontäthet mellan kärnorna, vilket stabiliserar molekylen.
- Den antibindande MO (σ* antibonding) har högre energi och innehåller elektrontäthet utanför det internukleära området.
Typer av Sigma Bond
Sigma-bindningar kan kategoriseras i olika typer baserat på arten av de involverade atomära orbitaler och hur de överlappar varandra. Huvudtyperna av sigma-bindningar inkluderar:
s-s Överlappande
Vid ss-överlappning överlappar två s-orbitaler från två atomer direkt längs den internukleära axeln (head-on-överlappning).
Till exempel, i vätemolekylen (H2) bildar två väteatomer en sigmabindning genom ss-överlappning.
I det här fallet finns det överlappning av två halvfyllda s-orbitaler längs den interna nukleära axeln som visas nedan:
välj multi table sql
s-p Överlappande
I det här fallet finns det överlappning mellan halvfyllda s-orbitaler för en atom och halvfyllda p-orbitaler för en annan atom. Vid sp-överlappning överlappar en s orbital och en p-orbital från två olika atomer direkt längs den interna nukleära axeln.
Ett klassiskt exempel på sp-överlappning finns i kol-väte (C-H)-bindningarna i metan (CH)4), där kolatomens 2s orbital överlappar med 1s orbital för väteatomen för att bilda sigmabindningar.
p-p Överlappande
Denna typ av överlappning äger rum mellan halvfyllda p-orbitaler hos de två närmande atomerna. Vid pp-överlappning överlappar två parallella p-orbitaler från två atomer sida vid sida ovanför och under den inre kärnaxeln.
Till exempel, i en molekyl som eten (C2H4), består kol-kol-dubbelbindningen av både en sigmabindning och en pi-bindning bildad genom pp-överlappning.
innehåller delsträng java
Vad är Pi Bonds?
Vid bildandet av pi-bindning överlappar atomorbitalerna på ett sådant sätt att deras axlar förblir parallella med varandra och vinkelräta mot de interna kärnaxlarna. Pi-bindningar bildas vanligtvis förutom sigma-bindningar i dubbel- eller trippelbindningar (som i alkyner eller alkyner) och involverar överlappning av ohybridiserade p-orbitaler. Pi-bindningar begränsar rotationen runt bindningsaxeln i viss utsträckning eftersom elektrontätheten är över och under den internukleära axeln.
Egenskaper för Pi Bonds
- Pi-bindningar begränsar rotationen mellan atomer i en molekyl.
- I en pi-bindning är elektrondensiteten koncentrerad över och under den inre kärnaxeln.
- Pi-obligationer är i allmänhet svagare än sigma-obligationer på grund av deras sida till sida överlappning.
- I pi-bindningar är elektrontätheten fördelad över en större yta.
- Pi-bindningar finns vanligtvis i dubbel- och trippelbindningar.
Exempel på Pi-obligationer
- Eten (även känd som eten) innehåller en dubbelbindning mellan två kolatomer. I denna bindning finns det en sigmabindning (σ) och en pi-bindning (π) som bildas av överlappningen av p-orbitaler.
- Bensen är en sexledad ringstruktur med omväxlande enkel- och dubbelbindningar. Den har tre sigma-bindningar (C-C) och tre pi-bindningar (C=C).
- I syremolekylen (O2), existerar en dubbelbindning mellan de två syreatomerna. Denna dubbelbindning innehåller en sigma-bindning och en pi-bindning. Pi-bindningen bildas när syreatomernas p-orbitaler överlappar varandra sida vid sida.
- I kvävemolekylen (N2), finns det en trippelbindning mellan de två kväveatomerna, bestående av en sigmabindning (σ) och två pi-bindningar.
Sigma och Pi Bonds skillnader
Skillnaderna mellan sigma och pi bond är följande:
| Karakteristisk | Sigma (σ) Bond | Pi (π) Bindning |
|---|---|---|
| Bondbildning | Bildas av head-on eller end-to-end överlappning av atomära orbitaler. | Bildas av sida till sida överlappning av atomära orbitaler. |
| Antal obligationer i en enda obligation | En enkel sigmabindning är alltid närvarande i en enkel kovalent bindning. | En enkel pi-bindning åtföljs vanligtvis av en sigma-bindning i en enkelbindning. |
| Elektrondistribution | Elektroner är koncentrerade längs axeln mellan de två kärnorna. | Elektroner är fördelade över och under bindningsaxeln, vilket skapar ett moln av elektroner. |
| Bindningsstyrka | Sigma-bindningar är i allmänhet starkare och mer stabila än pi-bindningar. | Pi-bindningar är svagare och mer mottagliga för störningar än sigma-bindningar. |
| Rotation | Sigma-bindningar tillåter fri rotation runt bindningsaxeln. | Pi-bindningar begränsar rotationen och skapar en dubbelbindning eller trippelbindningskaraktär. |
| Hybridisering | Sigmabindningar kan bildas med s- och p-orbitaler och involvera sp, sp2eller sp3hybridisering. | Pi-bindningar involverar vanligtvis p-p-överlappning och kan kräva användning av ohybridiserade p-orbitaler. |
| Placering i flera obligationer | Sigmabindningar finns i enkelbindningar och den första bindningen i multipelbindningar (t.ex. i en dubbelbindning eller en trippelbindning). | Pi-bindningar finns i flera bindningar, såsom den andra och tredje bindningen i en dubbelbindning eller en trippelbindning. |
| Överlappningstyp | Head-to-head överlappning av orbitaler. | Överlappning av orbitaler från sida till sida. |
| Exempel | C-C enkelbindning, C-H bindning, C=C dubbelbindning, C≡C trippelbindning | C=C Dubbelbindning, C≡C Trippelbindning, N=N Trippelbindning |
| Styrka | Generellt starkare | Generellt svagare |
| Antal i flera obligationer | En sigmabindning i en enkelbindning; en sigma-bindning i dubbelbindning (plus en pi-bindning); en sigma-bindning i trippelbindning (plus två pi-bindningar) | En pi-bindning i dubbelbindning; två pi-bindningar i trippelbindning |
| Elektrondensitet | Koncentrerad längs den interna nukleära axeln | Koncentrerad över och under den interna nukleära axeln |
| Rotation | Tillåter fri rotation runt Bond Axis | Begränsar rotation på grund av överlappning från sida till sida |
| Orbitalers geometri | Sigma orbitaler är cylindriskt symmetriska. | Pi-orbitaler har två lober ovanför och under bindningsaxeln. |
| Förekomst | Finns i alla kovalenta bindningar, inklusive enkel-, dubbel- och trippelbindningar | Finns i dubbel- och trippelbindningar |
Exempel på Sigma- och Pi-obligationer
Det finns olika exempel på sigma- och pi-bindningar. Låt oss diskutera några exempel enligt följande:
Sigma och Pi Bonds in Ethene (C2H4)
I molekyler med dubbel- (π) eller trippelbindningar (σ) finns sigma-bindningar förutom pi-bindningarna. Till exempel, i eten (C2H4), innehåller kol-kolbindningen en sigmabindning och en pi-bindning.
Sigmabindningen är den direkt mellan de två kolatomerna (C-C), och pi-bindningen bildas ovanför och under sigmabindningen i kolatomernas p-orbitaler.
Sigma- och Pi-bindningar i acetylen (C2H2)
Acetylen (C2H2) innehåller en trippelbindning mellan de två kolatomerna. Denna trippelbindning består av en sigma-bindning och två pi-bindningar:
I detta fall finns två pi-bindningar över och under sigmabindningen. Pi-bindningarna bildas av den laterala överlappningen av kolatomernas p-orbitaler.
Sigma och Pi Bonds i bensen
I bensen (C6H6), finns det sex sigma (σ)-bindningar som bildas av frontal överlappning av atomära orbitaler, vilket ger strukturell stabilitet. Dessutom finns det tre pi (π)-bindningar associerade med de alternerande dubbelbindningarna i den hexagonala ringen, vilket bidrar till molekylens unika stabilitet och reaktivitet på grund av det delokaliserade elektronmolnet ovanför och under ringen.
Betydelsen av Sigma- och Pi-bindningar i kemisk bindning
Det finns en viss betydelse för Sigma- och Pi-bindningar i kemisk bindning, och dessa är:
- Antalet och typerna av sigma- och pi-bindningar i en molekyl är avgörande för att bestämma dess stökiometri.
- Deras betydelse ligger i deras bidrag till strukturen, stabiliteten och reaktiviteten hos molekyler.
- Sigma-bindningar tillåter fri rotation runt bindningsaxeln, vilket är avgörande för studiet av konformationell isomerism i organisk kemi. Pi-bindningar, å andra sidan, begränsar rotation, vilket bidrar till styvheten hos molekyler som innehåller dubbel- eller trippelbindningar.
Exempelfråga om Sigma-obligationer och Pi-obligationer
Fråga 1: Diskutera Sigma och Pi Bond i detalj.
längdsträng
Svar:
Sigma (σ) och pi (π) bindningar är två grundläggande typer av kovalenta bindningar som bildas mellan atomer när de delar elektroner. Sigmabindningar är i allmänhet starkare än pi-bindningar på grund av den mer direkta överlappningen av orbitaler, vilket resulterar i en större elektrondensitet längs bindningsaxeln.
Fråga 2: Förklara skillnaderna mellan Sigma och Pi Bond.
Svar:
Sigmabindningar (σ) bildas av frontal överlappning av atomära orbitaler, vilket möjliggör fri rotation längs bindningsaxeln. Pi-bindningar (π) härrör från sidledsöverlappningen av p-orbitaler, vilket begränsar rotationen och bildar en dubbel- eller trippelbindning. Sigma-bindningar är starkare och primära, medan pi-bindningar är svagare och sekundära i multipla bindningar.
Fråga 3: Hur bestäms stabiliteten för någon molekyl?
Svar:
Stabiliteten hos en molekyl bestäms främst av styrkan hos de kovalenta bindningarna och arrangemanget av dessa bindningar i molekylens struktur. Sigma-bindningar ger den primära kopplingen mellan atomer och är i allmänhet starkare än pi-bindningar. Pi-bindningar bidrar dock till den totala bindningsstyrkan och kan påverka molekylens geometri och reaktivitet. Kombinationen av sigma- och pi-bindningar möjliggör bildandet av stabila molekyler med väldefinierade strukturer, och deras närvaro är avgörande för att bestämma föreningars kemiska egenskaper och reaktivitet.
polymorfism java
Sigma-obligationer och Pi-obligationer: Vanliga frågor
1. Vad är Sigma och Pi Bonds?
Sigma (σ) bindningar resulterar från head-to-head atomic orbital överlappning och tillåter fri rotation. Pi (π)-bindningar bildas från parallell p orbital överlappning, vilket begränsar rotationen.
2. Hur många Sigma-obligationer och Pi-obligationer kan en singelobligation ha?
En enkel kovalent bindning består av en sigmabindning, och det finns inga pi-bindningar i en enkelbindning.
3. Kan en dubbelbindning ha både Sigma- och Pi-bindningar?
En dubbelbindning består av en sigma (σ) bindning och en pi (π) bindning.
4. Vilka typer av orbitaler kan bilda sigmabindningar?
Sigmabindningar kan bildas från överlappningen av s-s, s-p, p-p och vissa d-orbitaler.
5. Vilka typer av orbitaler kan bilda Pi-bindningar?
Pi-bindningar bildas från överlappningen av parallella p-p- eller d-p-orbitaler.
6. Kan Sigma- och Pi-obligationer samexistera i samma molekyl?
Ja, sigma- och pi-bindningar kan samexistera i samma molekyl, som i dubbel- och trippelbindningar.
7. Har alla molekyler Sigma- och Pi-bindningar?
Alla molekyler har inte både sigma- och pi-bindningar; vissa har bara sigma-bindningar.
8. Är Sigma- och Pi-obligationer lika starka?
Sigma-bindningar är i allmänhet starkare än pi-bindningar på grund av den större överlappningen av orbitaler i sigma-bindningar.
9. Hur räknar man ut Sigma- och Pi-obligationer?
Genom att rita Lewis-strukturen och identifiera enkel-, dubbel- och trippelbindningar.
10. Vad är antalet Sigma (σ) och Pi (π) bindningar i bensen?
Sigma (σ)-bindningar: Det finns totalt 12 sigma-bindningar i bensen. Dessa inkluderar de sex kol-kol enkelbindningarna och de sex kol-väte enkelbindningarna.
Pi (π)-bindningar: Det finns tre pi-bindningar (π-bindningar) i bensen, som bidrar till dess aromaticitet.