Sigma a Pi väzby sú dva typy Kovalentné väzby nachádza v molekulách a zlúčeninách. Väzby Sigma a Pi zohrávajú kľúčovú úlohu pri pochopení štruktúry, stability a reaktivity širokého spektra chemických látok. Sigma väzby sú charakteristické ich čelným prekrývaním, väčšou hustotou elektrónov pozdĺž osi väzby a schopnosťou voľne sa otáčať. Na druhej strane väzby Pi zahŕňajú paralelné prekrytie p-orbitálov, hustotu elektrónov nad a pod internukleárnou osou a do určitej miery obmedzujú rotáciu.
V tomto článku budeme diskutovať o koncepte sigma a pi väzieb vrátane ich rôznych príkladov, charakteristík a kľúčových rozdielov medzi oboma väzbami. Na konci tohto článku budete dobre rozumieť týmto základným kovalentným väzbám, t. j. väzbám Sigma a Pi; a ich význam vo svete chémie.
Obsah
- Čo je to Sigma Bond?
- Typy Sigma Bond
- Čo sú to Pi Bonds?
- Rozdiely v dlhopisoch Sigma a Pi
- Význam sigma a pí väzieb v chemickom spájaní
Čo je to Sigma Bond?
Sigma väzba je tvorená prekrývaním väzbových orbitálov medzi jednotlivými koncami pozdĺž internukleárnej osi. Toto sa nazýva prekrytie hlavou alebo axiálne prekrytie. Prekrytie orbitálov s, ako aj prekrytie orbitálov p v jednoduchej väzbe vedie k sigma väzbám. Sigma väzby umožňujú voľnú rotáciu okolo osi väzby, pretože hustota elektrónov je sústredená pozdĺž osi väzby.
Charakteristika Sigma Bonds
Kľúčové vlastnosti sigma dlhopisov sú:
- Sigma väzba je silná väzba s dobre definovaným smerom.
- Hustota elektrónov v sigma väzbe je sústredená pozdĺž internukleárnej osi.
- Sigma väzby umožňujú voľnú rotáciu okolo osi väzby.
- Sigma väzby môžu existovať v jednoduchých, dvojitých alebo trojitých väzbách.
- Sigma väzby vykazujú valcovú symetriu pozdĺž osi väzby.
Príklady dlhopisov Sigma
Existujú rôzne príklady sigma väzieb, pretože všetky jednoduché väzby sú len simaga väzby. Niektoré bežné príklady sú:
- V metáne (CH4), jednoduché väzby uhlík-vodík sú sigma väzby.
- V eténe (C2H4), dvojitá väzba uhlík-uhlík zahŕňa jednu sigma väzbu a jednu pi väzbu.
- V molekule vody (H2O), existujú dve sigma väzby: jedna medzi každým atómom vodíka a atómom kyslíka.
- V amoniaku (NH3), existujú tri sigma väzby, jedna pre každý atóm vodíka viazaný na atóm dusíka.
Sigma väzby v molekulárnej orbitálnej teórii
- V teórii molekulových orbitálov sa sigma väzby vysvetľujú z hľadiska interakcie medzi atómovými orbitálmi za vzniku molekulových orbitálov.
- V teórii molekulových orbitálov je východiskovým bodom úvaha o atómových orbitáloch jednotlivých atómov v molekule.
- Tvorba sigma väzieb zahŕňa prekrývanie atómových orbitálov z dvoch atómov.
- Keď sa dva atómové orbitály prekrývajú, spoja sa a vytvoria molekulárne orbitály.
- V prípade sigma väzby vedie konštruktívna interferencia vlnových funkcií dvoch atómových orbitálov k sigma molekulovému orbitálu (σ MO).
- Molekulárna orbitálna teória predpovedá tvorbu väzbových aj protiväzbových molekulových orbitálov.
- Väzba MO (σ väzba) má nižšiu energiu a je spojená s elektrónovou hustotou medzi jadrami, ktorá stabilizuje molekulu.
- Protiväzbový MO (σ* antiväzba) má vyššiu energiu a obsahuje elektrónovú hustotu mimo internukleárnej oblasti.
Typy Sigma Bond
Sigma väzby možno kategorizovať do rôznych typov na základe povahy príslušných atómových orbitálov a spôsobu, akým sa prekrývajú. Medzi hlavné typy sigma dlhopisov patria:
s-s Prekrývanie
Pri prekrývaní ss sa dva orbitály s z dvoch atómov prekrývajú priamo pozdĺž internukleárnej osi (predné prekrytie).
Napríklad v molekule vodíka (H2) vytvárajú dva atómy vodíka sigma väzbu prostredníctvom ss prekrývania.
zlúčiť triedenie java
V tomto prípade dochádza k prekrývaniu dvoch polovyplnených s-orbitálov pozdĺž internukleárnej osi, ako je znázornené nižšie:
s-p Prekrývajúce sa
V tomto prípade dochádza k prekrývaniu medzi polovyplneným s-orbitálom jedného atómu a polovičným vyplneným p-orbitálom iného atómu. Pri prekrytí sp sa jeden orbitál s a jeden orbitál p z dvoch rôznych atómov prekrývajú priamo pozdĺž internukleárnej osi.
Klasický príklad sp prekrývania sa nachádza vo väzbách uhlík-vodík (C-H) v metáne (CH4), kde sa orbitál 2s atómu uhlíka prekrýva s orbitálom 1 atómu vodíka, aby sa vytvorili sigma väzby.
p-p Prekrývanie
Tento typ prekrývania sa uskutočňuje medzi polovyplnenými p-orbitálmi dvoch približujúcich sa atómov. Pri prekrývaní pp sa dva paralelné orbitály p z dvoch atómov prekrývajú vedľa seba nad a pod internukleárnou osou.
Napríklad v molekule ako je etén (C2H4), dvojitá väzba uhlík-uhlík pozostáva zo sigma väzby a pí väzby vytvorenej prekrývaním pp.
Čo sú to Pi Bonds?
Pri vytváraní väzby pí sa atómové orbitály prekrývajú takým spôsobom, že ich osi zostávajú navzájom rovnobežné a kolmé na medzijadrové osi. Pi väzby sa zvyčajne tvoria okrem sigma väzieb v dvojitých alebo trojitých väzbách (ako v alkínoch alebo alkínoch) a zahŕňajú prekrytie nehybridizovaných p orbitálov. Pi väzby do určitej miery obmedzujú rotáciu okolo osi väzby, pretože hustota elektrónov je nad a pod internukleárnej osi.
Charakteristika Pi dlhopisov
- Pi väzby obmedzujú rotáciu medzi atómami v molekule.
- V pí väzbe je hustota elektrónov sústredená nad a pod internukleárnou osou.
- Pi väzby sú vo všeobecnosti slabšie ako sigma väzby kvôli ich prekrývaniu zo strany na stranu.
- V pi väzbách je hustota elektrónov rozložená na väčšiu plochu.
- Pi väzby sa bežne nachádzajú v dvojitých a trojitých väzbách.
Príklady Pi dlhopisov
- Etén (tiež známy ako etylén) obsahuje dvojitú väzbu medzi dvoma atómami uhlíka. V tejto väzbe je jedna sigma väzba (σ) a jedna pí väzba (π) vytvorená prekrytím p-orbitálov.
- Benzén je šesťčlenná kruhová štruktúra so striedajúcimi sa jednoduchými a dvojitými väzbami. Obsahuje tri sigma väzby (C-C) a tri pi väzby (C=C).
- V molekule kyslíka (O2), medzi dvoma atómami kyslíka existuje dvojitá väzba. Táto dvojitá väzba obsahuje jednu sigma väzbu a jednu pi väzbu. Pi väzba vzniká, keď sa p-orbitály atómov kyslíka prekrývajú vedľa seba.
- V molekule dusíka (N2), medzi dvoma atómami dusíka je trojitá väzba pozostávajúca z jednej väzby sigma (σ) a dvoch väzieb pi.
Rozdiely v dlhopisoch Sigma a Pi
Rozdiely medzi sigma a pi väzbou sú nasledovné:
| Charakteristický | Sigma (σ) väzba | Pi (π) väzba |
|---|---|---|
| Tvorba väzby | Vytvorené čelným alebo priamym prekrytím atómových orbitálov. | Vzniká prekrytím atómových orbitálov zo strany na stranu. |
| Počet dlhopisov v jednom dlhopise | Jednoduchá sigma väzba je vždy prítomná v jednej kovalentnej väzbe. | Jednoduchá pí väzba je typicky sprevádzaná sigma väzbou v jednoduchej väzbe. |
| Distribúcia elektrónov | Elektróny sú sústredené pozdĺž osi medzi dvoma jadrami. | Elektróny sú rozmiestnené nad a pod osou väzby a vytvárajú oblak elektrónov. |
| Sila väzby | Sigma väzby sú vo všeobecnosti silnejšie a stabilnejšie ako pí väzby. | Pi väzby sú slabšie a náchylnejšie na prerušenie ako sigma väzby. |
| Rotácia | Sigma väzby umožňujú voľné otáčanie okolo osi väzby. | Pi väzby obmedzujú rotáciu a vytvárajú charakter dvojitej alebo trojitej väzby. |
| Hybridizácia | Sigma väzby sa môžu vytvárať s orbitálmi s a p a zahŕňajú sp, sp2, alebo sp3hybridizácia. | Pi väzby typicky zahŕňajú prekrytie p-p a môžu vyžadovať použitie nehybridizovaných p orbitálov. |
| Umiestnenie vo viacerých dlhopisoch | Sigma väzby sa nachádzajú v jednoduchých väzbách a prvá väzba vo viacnásobných väzbách (napr. v dvojitej alebo trojitej väzbe). | Pi väzby sa nachádzajú vo viacnásobných väzbách, ako je druhá a tretia väzba v dvojitej väzbe alebo trojitej väzbe. |
| Typ prekrytia | Prekrytie orbitálov hlava-hlava. | Prekrytie orbitálov zo strany na stranu. |
| Príklady | C-C jednoduchá väzba, C-H dlhopis, C=C dvojitá väzba, C≡C trojitá väzba | C=C dvojitá väzba, C≡C trojitá väzba, N=N trojitá väzba |
| Pevnosť | Vo všeobecnosti silnejší | Všeobecne slabšie |
| Číslo vo viacerých dlhopisoch | Jedna sigma väzba v jednoduchej väzbe; jedna sigma väzba v dvojitej väzbe (plus jedna pi väzba); jedna sigma väzba v trojitej väzbe (plus dve pí väzby) | jedna pi väzba v dvojitej väzbe; dve pí väzby v trojitej väzbe |
| Elektrónová hustota | Sústredené pozdĺž internukleárnej osi | Koncentrované nad a pod internukleárnou osou |
| Rotácia | Umožňuje voľné otáčanie okolo osi Bond | Obmedzuje rotáciu v dôsledku prekrývania zo strany na stranu |
| Geometria orbitálov | Sigma orbitaly sú cylindricky symetrické. | Orbitaly Pi majú dva laloky nad a pod osou väzby. |
| Výskyt | Nachádza sa vo všetkých kovalentných väzbách, vrátane jednoduchých, dvojitých a trojitých väzieb | Nachádza sa v dvojitých a trojitých väzbách |
Príklady dlhopisov Sigma a Pi
Existujú rôzne príklady sigma a pi väzieb. Poďme diskutovať o niekoľkých príkladoch takto:
Sigma a Pi Bonds v Ethene (C2H4)
V molekulách s dvojitými (π) alebo trojitými (σ) väzbami existujú okrem pi väzieb aj sigma väzby. Napríklad v eténe (C2H4), väzba uhlík-uhlík obsahuje jednu sigma väzbu a jednu pi väzbu.
Sigma väzba je väzba priamo medzi dvoma uhlíkovými atómami (C-C) a pi väzba sa tvorí nad a pod sigma väzbou v p-orbitáloch atómov uhlíka.
Sigma a Pi väzby v acetyléne (C2H2)
Acetylén (C2H2) obsahuje trojitú väzbu medzi dvoma atómami uhlíka. Táto trojitá väzba pozostáva z jednej sigma väzby a dvoch väzieb pi:
V tomto prípade sú dve pí väzby prítomné nad a pod sigma väzbou. Pi väzby sú tvorené laterálnym prekrytím p-orbitálov atómov uhlíka.
Dlhopisy Sigma a Pi v benzéne
V benzéne (C6H6), existuje šesť sigma (σ) väzieb vytvorených čelným prekrytím atómových orbitálov, ktoré poskytujú štrukturálnu stabilitu. Okrem toho existujú tri väzby pi (π) spojené so striedajúcimi sa dvojitými väzbami v šesťuholníkovom kruhu, čo prispieva k jedinečnej stabilite a reaktivite molekuly v dôsledku delokalizovaného elektrónového oblaku nad a pod kruhom.
Význam sigma a pí väzieb v chemickom spájaní
Sigma a Pi Bonds majú určitý význam v chemickej väzbe, a to sú:
- Počet a typy sigma a pi väzieb v molekule sú rozhodujúce pri určovaní jej stechiometrie.
- Ich význam spočíva v ich príspevku k štruktúre, stabilite a reaktivite molekúl.
- Sigma väzby umožňujú voľnú rotáciu okolo osi väzby, čo je kľúčové pre štúdium konformačnej izomérie v organickej chémii. Pi väzby na druhej strane obmedzujú rotáciu, čo prispieva k tuhosti molekúl obsahujúcich dvojité alebo trojité väzby.
Vzorová otázka týkajúca sa dlhopisov Sigma a dlhopisov Pi
Otázka 1: Podrobne diskutujte o Sigme a Pi Bondovi.
odpoveď:
Sigma (σ) a pi (π) väzby sú dva základné typy kovalentných väzieb vytvorených medzi atómami, keď zdieľajú elektróny. Sigma väzby sú vo všeobecnosti silnejšie ako pí väzby kvôli priamemu prekrývaniu orbitálov, čo vedie k väčšej hustote elektrónov pozdĺž osi väzby.
Otázka 2: Vysvetlite rozdiely medzi Sigmou a Pi Bondom.
odpoveď:
Sigma väzby (σ) sú tvorené čelným prekrývaním atómových orbitálov, čo umožňuje voľnú rotáciu pozdĺž osi väzby. Pi väzby (π) sú výsledkom bočného prekrývania orbitálov p, ktoré obmedzujú rotáciu a vytvárajú dvojitú alebo trojitú väzbu. Sigma väzby sú silnejšie a primárne, zatiaľ čo pi väzby sú slabšie a sekundárne vo viacnásobných väzbách.
Otázka 3: Ako sa určuje stabilita akejkoľvek molekuly?
odpoveď:
Stabilita molekuly je primárne určená silou kovalentných väzieb a usporiadaním týchto väzieb v štruktúre molekuly. Sigma väzby poskytujú primárne spojenie medzi atómami a sú vo všeobecnosti silnejšie ako pí väzby. Pi väzby však prispievajú k celkovej sile väzby a môžu ovplyvniť geometriu a reaktivitu molekuly. Kombinácia sigma a pi väzieb umožňuje tvorbu stabilných molekúl s dobre definovanými štruktúrami a ich prítomnosť je rozhodujúca pri určovaní chemických vlastností a reaktivity zlúčenín.
Sigma Bonds a Pi Bonds: Často kladené otázky
1. Čo sú to dlhopisy Sigma a Pi?
Sigma (σ) väzby sú výsledkom prekrývania atómových orbitálov hlava-hlava a umožňujú voľnú rotáciu. Pi (π) väzby vznikajú z paralelného prekrývania orbitálov p, obmedzujúce rotáciu.
2. Koľko dlhopisov Sigma a P môže mať jeden dlhopis?
Jednoduchá kovalentná väzba pozostáva z jednej sigma väzby a v jednoduchej väzbe nie sú žiadne pi väzby.
3. Môže mať dvojitá väzba sigma aj pí?
Dvojitá väzba pozostáva z jednej väzby sigma (σ) a jednej väzby pi (π).
4. Ktoré typy orbitálov môžu vytvárať sigma väzby?
Sigma väzby môžu vzniknúť prekrytím s-s, s-p, p-p a niektorých d orbitálov.
5. Aké typy orbitálov môžu vytvárať väzby Pi?
Pi väzby vznikajú prekrývaním paralelných p-p alebo d-p orbitálov.
6. Môžu väzby Sigma a Pi koexistovať v rovnakej molekule?
Áno, sigma a pi väzby môžu koexistovať v rovnakej molekule, ako v dvojitých a trojitých väzbách.
7. Majú všetky molekuly väzby Sigma a Pi?
Nie všetky molekuly majú sigma aj pi väzby; niektoré majú len sigma väzby.
8. Sú dlhopisy Sigma a Pi rovnako silné?
Sigma väzby sú vo všeobecnosti silnejšie ako pí väzby v dôsledku väčšieho prekrytia orbitálov v sigma väzbách.
9. Ako zistiť dlhopisy Sigma a Pi?
Kreslením Lewisovej štruktúry a identifikáciou jednoduchých, dvojitých a trojitých väzieb.
10. Aký je počet sigma (σ) a Pi (π) väzieb v benzéne?
Sigma (σ) Väzby: V benzéne je celkovo 12 sigma väzieb. Tieto zahŕňajú šesť jednoduchých väzieb uhlík-uhlík a šesť jednoduchých väzieb uhlík-vodík.
Pi (π) Väzby: V benzéne sú tri pí väzby (π väzby), ktoré prispievajú k jeho aromatickosti.