Legăturile Sigma și Pi sunt cele două tipuri de legaturi covalente găsite în molecule și compuși. Legăturile Sigma și Pi joacă un rol crucial în înțelegerea structurii, stabilității și reactivitatii unei game largi de specii chimice. Legăturile Sigma se caracterizează prin suprapunerea lor frontală, densitatea electronică mai mare de-a lungul axei legăturii și capacitatea de a se roti liber. Legăturile Pi, pe de altă parte, implică suprapunerea paralelă a orbitalelor p, densitatea electronilor deasupra și sub axa internucleară și restricționează rotația într-o oarecare măsură.

În acest articol, vom discuta despre conceptul de legături sigma și pi, inclusiv diferitele lor exemple, caracteristici și diferențe cheie dintre ambele legături. Până la sfârșitul acestui articol, veți avea o înțelegere solidă a acestor legături covalente esențiale, adică legăturile Sigma și Pi; și semnificația lor în lumea chimiei.

Cuprins

• Ce este Sigma Bond?
• Tipuri de legături Sigma
• Ce sunt obligațiunile Pi?
• Diferențele de legături Sigma și Pi
• Semnificația legăturilor Sigma și Pi în legăturile chimice

Ce este Sigma Bond?

Legătura Sigma este formată prin suprapunerea cap la cap a orbitalilor de legătură de-a lungul axei internucleare. Aceasta se numește suprapunere frontală sau suprapunere axială. Suprapunerea orbitalilor s, precum și suprapunerea orbitalilor p într-o singură legătură, are ca rezultat legături sigma. Legăturile Sigma permit rotația liberă în jurul axei legăturii, deoarece densitatea electronilor este concentrată de-a lungul axei legăturii.

Caracteristicile obligațiunilor Sigma

Caracteristicile cheie ale legăturilor sigma sunt:

• Legătura Sigma este o legătură puternică cu o direcție bine definită.
• Densitatea de electroni într-o legătură sigma este concentrată de-a lungul axei internucleare.
• Legăturile Sigma permit rotația liberă în jurul axei de legătură.
• Legăturile Sigma pot exista în legături simple, duble sau triple.
• Legăturile Sigma prezintă simetrie cilindrică de-a lungul axei legăturilor.

Exemple de obligațiuni Sigma

Există diverse exemple de legături sigma, deoarece toate legăturile simple sunt doar legături simaga. Câteva exemple comune sunt:

• În metan (CH₄), legăturile simple carbon-hidrogen sunt legături sigma.
• În etenă (C₂H₄), legătura dublă carbon-carbon include o legătură sigma și o legătură pi.
• Într-o moleculă de apă (H₂O), există două legături sigma: una între fiecare atom de hidrogen și atomul de oxigen.
• În amoniac (NH₃), există trei legături sigma, una pentru fiecare atom de hidrogen legat de atomul de azot.

Legături Sigma în teoria orbitală moleculară

• În teoria orbitalului molecular, legăturile sigma sunt explicate în termeni de interacțiune dintre orbitalii atomici pentru a forma orbitalii moleculari.
• În teoria orbitalului molecular, punctul de plecare este luarea în considerare a orbitalilor atomici ai atomilor individuali dintr-o moleculă.
• Formarea legăturilor sigma implică suprapunerea orbitalilor atomici de la doi atomi.
• Când doi orbitali atomici se suprapun, ei se combină pentru a forma orbitali moleculari.
• În cazul unei legături sigma, interferența constructivă a funcțiilor de undă ale celor doi orbitali atomici are ca rezultat un orbital molecular sigma (σ MO).
• Teoria orbitalului molecular prezice formarea atât a orbitalilor moleculari de legare, cât și a celor de antilegare.
• Legătura MO (legatura σ) are energie mai mică și este asociată cu densitatea de electroni între nuclee, care stabilizează molecula.
• Antibonding MO (σ* antibonding) are energie mai mare și conține densitate de electroni în afara regiunii internucleare.

Tipuri de legături Sigma

Legăturile Sigma pot fi clasificate în diferite tipuri, în funcție de natura orbitalilor atomici implicați și de modul în care se suprapun. Principalele tipuri de legături sigma includ:

s-s Suprapune

În suprapunerea ss, doi orbitali s de la doi atomi se suprapun direct de-a lungul axei internucleare (suprapunere frontală).

De exemplu, în molecula de hidrogen (H2), doi atomi de hidrogen formează o legătură sigma prin suprapunerea ss.

În acest caz, există o suprapunere a doi orbitali s plini pe jumătate de-a lungul axei internucleare, după cum se arată mai jos:

s-p Suprapune

În acest caz, există o suprapunere între orbitalii s pe jumătate umpluți ai unui atom și orbitalii p pe jumătate umpluți ai altui atom. În suprapunerea sp, un orbital s și un orbital p de la doi atomi diferiți se suprapun direct de-a lungul axei internucleare.

Un exemplu clasic de suprapunere sp se găsește în legăturile carbon-hidrogen (C-H) din metan (CH).₄), unde orbitalul 2s al atomului de carbon se suprapune cu orbitalul 1s al atomului de hidrogen pentru a forma legături sigma.

p-p Suprapunerea

Acest tip de suprapunere are loc între orbitalii p pe jumătate umpluți ai celor doi atomi care se apropie. În suprapunerea pp, doi orbitali p paraleli de la doi atomi se suprapun unul lângă altul deasupra și sub axa internucleară.

De exemplu, într-o moleculă precum etena (C₂H₄), dubla legătură carbon-carbon constă atât dintr-o legătură sigma, cât și dintr-o legătură pi formată prin suprapunerea pp.

Ce sunt obligațiunile Pi?

La formarea legăturii pi, orbitalii atomici se suprapun în așa fel încât axele lor să rămână paralele între ele și perpendiculare pe axele internucleare. Legăturile Pi se formează de obicei în plus față de legăturile sigma în legături duble sau triple (cum ar fi în alchine sau alchine) și implică suprapunerea orbitalilor p nehibridați. Legăturile Pi restricționează rotația în jurul axei legăturii într-o anumită măsură deoarece densitatea electronilor este deasupra și dedesubt. axa internucleară.

Caracteristicile legăturilor Pi

• Legăturile Pi limitează rotația dintre atomi dintr-o moleculă.
• Într-o legătură pi, densitatea electronică este concentrată deasupra și sub axa internucleară.
• Legăturile Pi sunt în general mai slabe decât legăturile sigma datorită suprapunerii lor laterale.
• În legăturile pi, densitatea electronilor este distribuită pe o zonă mai mare.
• Legăturile Pi se găsesc în mod obișnuit în legăturile duble și triple.

Exemple de legături Pi

• Etena (cunoscută și sub numele de etilenă) conține o legătură dublă între doi atomi de carbon. În această legătură, există o legătură sigma (σ) și o legătură pi (π) formate prin suprapunerea orbitalilor p.
• Benzenul este o structură ciclică cu șase atomi cu legături simple și duble alternative. Are trei legături sigma (C-C) și trei legături pi (C=C).
• În molecula de oxigen (O₂), între cei doi atomi de oxigen există o legătură dublă. Această legătură dublă conține o legătură sigma și o legătură pi. Legătura pi se formează atunci când orbitalii p ai atomilor de oxigen se suprapun unul lângă altul.
• În molecula de azot (N₂), există o legătură triplă între cei doi atomi de azot, constând dintr-o legătură sigma (σ) și două legături pi.

Diferențele de legături Sigma și Pi

Diferențele dintre legătura sigma și pi sunt următoarele:

Exemple de legături Sigma și Pi

Există diverse exemple de legături sigma și pi. Să discutăm câteva exemple după cum urmează:

Legături Sigma și Pi în Ethene (C₂H₄)

În moleculele cu legături duble (π) sau triple (σ), pe lângă legăturile pi există și legături sigma. De exemplu, în etenă (C₂H₄), legătura carbon-carbon conține o legătură sigma și o legătură pi.

Legătura sigma este cea directă dintre cei doi atomi de carbon (C-C), iar legătura pi se formează deasupra și sub legătura sigma în orbitalii p ai atomilor de carbon.

Legături Sigma și Pi în acetilenă (C₂H₂)

Acetilena (C₂H₂) conține o legătură triplă între cei doi atomi de carbon. Această legătură triplă constă dintr-o legătură sigma și două legături pi:

În acest caz, două legături pi sunt prezente deasupra și sub legătura sigma. Legăturile pi sunt formate prin suprapunerea laterală a orbitalilor p ai atomilor de carbon.

Legături Sigma și Pi în benzen

În benzen (C₆H₆), există șase legături sigma (σ) formate prin suprapunerea frontală a orbitalilor atomici, oferind stabilitate structurală. În plus, există trei legături pi (π) asociate cu legăturile duble alternative din inelul hexagonal, contribuind la stabilitatea și reactivitatea unică a moleculei datorită norului de electroni delocalizat deasupra și sub inel.

Semnificația legăturilor Sigma și Pi în legăturile chimice

Există o anumită semnificație a legăturilor Sigma și Pi în legăturile chimice și acestea sunt:

• Numărul și tipurile de legături sigma și pi dintr-o moleculă sunt cruciale în determinarea stoichiometriei acesteia.
• Importanța lor constă în contribuția lor la structura, stabilitatea și reactivitatea moleculelor.
• Legăturile Sigma permit rotația liberă în jurul axei legăturii, ceea ce este crucial pentru studiul izomeriei conformaționale în chimia organică. Legăturile Pi, pe de altă parte, restricționează rotația, contribuind la rigiditatea moleculelor care conțin legături duble sau triple.

Exemplu de întrebare despre obligațiunile Sigma și obligațiunile Pi

Întrebarea 1: Discutați în detaliu Sigma și Pi Bond.

Răspuns:

Legăturile Sigma (σ) și pi (π) sunt două tipuri fundamentale de legături covalente formate între atomi atunci când împărtășesc electroni. Legăturile Sigma sunt în general mai puternice decât legăturile pi din cauza suprapunerii mai directe a orbitalilor, rezultând o densitate de electroni mai mare de-a lungul axei legăturii.

Întrebarea 2: Explicați diferențele dintre Sigma și Pi Bond.

Răspuns:

Legăturile Sigma (σ) sunt formate prin suprapunerea frontală a orbitalilor atomici, permițând rotația liberă de-a lungul axei legăturii. Legăturile Pi (π) rezultă din suprapunerea laterală a orbitalilor p, limitând rotația și formând o legătură dublă sau triplă. Legăturile Sigma sunt mai puternice și primare, în timp ce legăturile pi sunt mai slabe și secundare în legăturile multiple.

Întrebarea 3: Cum se determină stabilitatea oricărei molecule?

Răspuns:

Stabilitatea unei molecule este determinată în primul rând de puterea legăturilor covalente și de aranjarea acestor legături în structura moleculei. Legăturile Sigma asigură conexiunea primară între atomi și sunt în general mai puternice decât legăturile pi. Cu toate acestea, legăturile pi contribuie la rezistența generală a legăturii și pot influența geometria și reactivitatea moleculei. Combinația de legături sigma și pi permite formarea de molecule stabile cu structuri bine definite, iar prezența lor este crucială în determinarea proprietăților chimice și a reactivității compușilor.

Obligațiuni Sigma și Obligațiuni Pi: Întrebări frecvente

1. Ce sunt obligațiunile Sigma și Pi?

Legăturile Sigma (σ) rezultă din suprapunerea orbitalului atomic cap la cap și permit rotația liberă. Legăturile Pi (π) se formează din suprapunerea paralelă a orbitalei p, limitând rotația.

2. Câte obligațiuni Sigma și obligațiuni Pi poate avea o singură obligație?

O singură legătură covalentă constă dintr-o legătură sigma și nu există legături pi într-o singură legătură.

3. Poate o legătură dublă să aibă atât legături Sigma, cât și legături Pi?

O legătură dublă constă dintr-o legătură sigma (σ) și o legătură pi (π).

4. Ce tipuri de orbitali pot forma legături Sigma?

Legăturile Sigma se pot forma din suprapunerea orbitalilor s-s, s-p, p-p și a unor orbitali d.

5. Ce tipuri de orbitali pot forma legături Pi?

Legăturile Pi se formează din suprapunerea orbitalilor paraleli p-p sau d-p.

6. Pot coexista legăturile Sigma și Pi în aceeași moleculă?

Da, legăturile sigma și pi pot coexista în aceeași moleculă, ca în legăturile duble și triple.

conţine în şir

7. Toate moleculele au legături Sigma și Pi?

Nu toate moleculele au atât legături sigma, cât și pi; unele au doar legaturi sigma.

8. Sunt legăturile Sigma și Pi la fel de puternice?

Legăturile Sigma sunt în general mai puternice decât legăturile pi datorită suprapunerii mai mari a orbitalilor în legăturile sigma.

9. Cum să descoperiți legăturile Sigma și Pi?

Prin desenarea Structurii Lewis și prin identificarea Legăturilor simple, duble și triple.

10. Care sunt numărul de legături Sigma (σ) și Pi (π) în benzen?

Legături Sigma (σ): Există un total de 12 legături sigma în benzen. Acestea includ cele șase legături simple carbon-carbon și cele șase legături simple carbon-hidrogen.

Legături Pi (π): Există trei legături pi (legături π) în benzen, care contribuie la aromaticitatea acestuia.