Sigma- og Pi-bindinger er de to typene kovalente bindinger finnes i molekyler og forbindelser. Sigma- og Pi-bindinger spiller en avgjørende rolle for å forstå strukturen, stabiliteten og reaktiviteten til et bredt spekter av kjemiske arter. Sigma-bindinger er preget av deres frontoverlapping, større elektrontetthet langs bindingsaksen og evnen til å rotere fritt. Pi-bindinger involverer på den annen side parallell p-orbital overlapping, elektrontetthet over og under den indre nukleære aksen, og begrenser rotasjon til en viss grad.
I denne artikkelen vil vi diskutere konseptet med sigma- og pi-bindinger, inkludert deres forskjellige eksempler, egenskaper og nøkkelforskjeller mellom begge bindingene. Ved slutten av denne artikkelen vil du ha en solid forståelse av disse essensielle kovalente bindingene, dvs. Sigma- og Pi-bindinger; og deres betydning i kjemiens verden.
Innholdsfortegnelse
- Hva er Sigma Bond?
- Typer Sigma Bond
- Hva er Pi Bonds?
- Sigma og Pi Bonds forskjeller
- Betydningen av Sigma- og Pi-bindinger i kjemisk binding
Hva er Sigma Bond?
Sigmabinding dannes ved ende-til-ende-overlapping av bindingsorbitaler langs den indre nukleære aksen. Dette kalles front-mot-overlapping eller aksial overlapping. Overlappingen av s-orbitaler, så vel som overlappingen av p-orbitaler i en enkeltbinding, resulterer i sigma-bindinger. Sigma-bindinger tillater fri rotasjon rundt bindingsaksen fordi elektrontettheten er konsentrert langs bindingsaksen.
Kjennetegn på Sigma Bonds
Nøkkelegenskapene til sigma-bindinger er:
- Sigma-binding er et sterkt bånd med en veldefinert retning.
- Elektrontettheten i en sigmabinding er konsentrert langs den indre nukleære aksen.
- Sigma-bindinger tillater fri rotasjon rundt bindingsaksen.
- Sigma-bindinger kan eksistere i enkelt-, dobbelt- eller trippelbindinger.
- Sigma-bindinger viser sylindrisk symmetri langs bindingsaksen.
Eksempler på Sigma-obligasjoner
Det er forskjellige eksempler på sigma-bindinger, da alle enkeltbindinger kun er simaga-bindinger. Noen vanlige eksempler er:
- I metan (CH4), karbon-hydrogen enkeltbindingene er sigmabindinger.
- I eten (C2H4), inkluderer karbon-karbon-dobbeltbindingen en sigma-binding og en pi-binding.
- I et vannmolekyl (H2O), er det to sigmabindinger: en mellom hvert hydrogenatom og oksygenatomet.
- I ammoniakk (NH3), er det tre sigmabindinger, en for hvert hydrogenatom bundet til nitrogenatomet.
Sigma-bindinger i molekylær orbitalteori
- I molekylær orbitalteori er sigmabindinger forklart i form av samspillet mellom atomorbitaler for å danne molekylære orbitaler.
- I molekylær orbitalteori er utgangspunktet vurderingen av atomorbitaler til de enkelte atomene i et molekyl.
- Dannelsen av sigma-bindinger innebærer overlapping av atomorbitaler fra to atomer.
- Når to atomorbitaler overlapper hverandre, kombineres de for å danne molekylære orbitaler.
- Når det gjelder en sigmabinding, resulterer den konstruktive interferensen av bølgefunksjonene til de to atomorbitalene i en sigmamolekylær orbital (σ MO).
- Molekylær orbitalteori forutsier dannelsen av både bindende og antibindingsmolekylære orbitaler.
- Binding MO (σ-binding) har lavere energi og er assosiert med elektrontetthet mellom kjernene, noe som stabiliserer molekylet.
- Den antibondende MO (σ* antibonding) har høyere energi og inneholder elektrontetthet utenfor det internukleære området.
Typer Sigma Bond
Sigma-bindinger kan kategoriseres i forskjellige typer basert på arten av de involverte atomorbitalene og måten de overlapper. Hovedtypene av sigma-bindinger inkluderer:
s-s Overlappende
Ved ss-overlapping overlapper to s-orbitaler fra to atomer direkte langs den indre nukleære aksen (head-on-overlapping).
For eksempel, i hydrogenmolekylet (H2), danner to hydrogenatomer en sigmabinding gjennom ss-overlapping.
I dette tilfellet er det overlapping av to halvfylte s-orbitaler langs den indre nukleære aksen som vist nedenfor:
python sortering tuples
s-p Overlappende
I dette tilfellet er det overlapping mellom halvfylte s-orbitaler av ett atom og halvfylte p-orbitaler til et annet atom. Ved sp overlapping overlapper en s orbital og en p orbital fra to forskjellige atomer direkte langs den indre nukleære aksen.
Et klassisk eksempel på sp-overlapping finnes i karbon-hydrogen (C-H)-bindingene i metan (CH)4), hvor karbonatomets 2s-orbital overlapper med 1s-orbitalen til hydrogenatomet for å danne sigma-bindinger.
p-p Overlappende
Denne typen overlapping finner sted mellom halvfylte p-orbitaler til de to atomene som nærmer seg. Ved pp-overlapping overlapper to parallelle p-orbitaler fra to atomer side ved side over og under den indre nukleære aksen.
For eksempel, i et molekyl som eten (C2H4), består karbon-karbon-dobbeltbindingen av både en sigma-binding og en pi-binding dannet gjennom pp-overlapping.
Hva er Pi Bonds?
Ved dannelsen av pi-binding overlapper atomorbitalene seg på en slik måte at deres akser forblir parallelle med hverandre og vinkelrett på de indre nukleære aksene. Pi-bindinger dannes vanligvis i tillegg til sigma-bindinger i dobbelt- eller trippelbindinger (som i alkyner eller alkyner) og involverer overlapping av uhybridiserte p-orbitaler. Pi-bindinger begrenser rotasjon rundt bindingsaksen til en viss grad fordi elektrontettheten er over og under den indre nukleære aksen.
Kjennetegn på Pi Bonds
- Pi-bindinger begrenser rotasjonen mellom atomer i et molekyl.
- I en pi-binding er elektrontettheten konsentrert over og under den indre nukleære aksen.
- Pi-obligasjoner er generelt svakere enn sigma-obligasjoner på grunn av deres side-til-side-overlapping.
- I pi-bindinger er elektrontettheten fordelt over et større område.
- Pi-bindinger finnes vanligvis i dobbelt- og trippelbindinger.
Eksempler på Pi-obligasjoner
- Eten (også kjent som etylen) inneholder en dobbeltbinding mellom to karbonatomer. I denne bindingen er det en sigmabinding (σ) og en pi-binding (π) dannet av overlappingen av p-orbitaler.
- Benzen er en seksleddet ringstruktur med vekslende enkelt- og dobbeltbindinger. Den har tre sigma-bindinger (C-C) og tre pi-bindinger (C=C).
- I oksygenmolekylet (O2), eksisterer en dobbeltbinding mellom de to oksygenatomene. Denne dobbeltbindingen inneholder en sigma-binding og en pi-binding. Pi-bindingen dannes når p-orbitalene til oksygenatomene overlapper hverandre side om side.
- I nitrogenmolekylet (N2), er det en trippelbinding mellom de to nitrogenatomene, bestående av en sigmabinding (σ) og to pi-bindinger.
Sigma og Pi Bonds forskjeller
Forskjellene mellom sigma og pi-binding er som følger:
| Karakteristisk | Sigma (σ) Bond | Pi (π) binding |
|---|---|---|
| Obligasjonsdannelse | Dannet av head-on eller ende-til-ende overlapping av atomorbitaler. | Dannet av side-til-side overlapping av atomorbitaler. |
| Antall obligasjoner i en enkeltobligasjon | En enkelt sigma-binding er alltid til stede i en enkelt kovalent binding. | En enkelt pi-binding er vanligvis ledsaget av en sigma-binding i en enkeltbinding. |
| Elektrondistribusjon | Elektroner er konsentrert langs aksen mellom de to kjernene. | Elektroner er fordelt over og under bindingsaksen, og skaper en sky av elektroner. |
| Bond styrke | Sigma-bindinger er generelt sterkere og mer stabile enn pi-bindinger. | Pi-bindinger er svakere og mer utsatt for forstyrrelser enn sigma-bindinger. |
| Rotasjon | Sigma-bindinger tillater fri rotasjon rundt bindingsaksen. | Pi-bindinger begrenser rotasjon og skaper en dobbeltbinding eller trippelbindingskarakter. |
| Hybridisering | Sigma-bindinger kan dannes med s- og p-orbitaler og involvere sp, sp2, eller sp3hybridisering. | Pi-bindinger involverer vanligvis p-p-overlapping og kan kreve bruk av uhybridiserte p-orbitaler. |
| Plassering i flere obligasjoner | Sigma-bindinger finnes i enkeltbindinger og den første bindingen i multiple bindinger (f.eks. i en dobbeltbinding eller en trippelbinding). | Pi-bindinger finnes i flere bindinger, for eksempel den andre og tredje bindingen i en dobbeltbinding eller en trippelbinding. |
| Overlappingstype | Head-to-head overlapping av orbitaler. | Side-til-side overlapping av orbitaler. |
| Eksempler | C-C Enkelbinding, C-H Bond, C=C Dobbeltbinding, C≡C Trippelbinding | C=C Dobbeltbinding, C≡C Trippelbinding, N=N Trippelbinding |
| Styrke | Generelt sterkere | Generelt svakere |
| Antall i flere obligasjoner | En sigma-binding i en enkeltbinding; én sigma-binding i dobbeltbinding (pluss én pi-binding); en sigma-binding i trippelbinding (pluss to pi-bindinger) | En pi-binding i dobbeltbinding; to pi-bindinger i trippelbinding |
| Elektrontetthet | Konsentrert langs den indre nukleære aksen | Konsentrert over og under den indre nukleære aksen |
| Rotasjon | Tillater fri rotasjon rundt Bond-aksen | Begrenser rotasjon på grunn av side-til-side overlapping |
| Geometri av orbitaler | Sigma orbitaler er sylindrisk symmetriske. | Pi-orbitaler har to lober over og under bindingsaksen. |
| Hendelse | Finnes i alle kovalente bindinger, inkludert enkelt-, dobbelt- og trippelbindinger | Finnes i dobbelt- og trippelbindinger |
Eksempler på Sigma- og Pi-obligasjoner
Det finnes ulike eksempler på sigma- og pi-bindinger. La oss diskutere noen eksempler som følger:
Sigma og Pi Bonds in Ethene (C2H4)
I molekyler med dobbel (π) eller trippel (σ) bindinger eksisterer også sigmabindinger i tillegg til pi-bindingene. For eksempel, i eten (C2H4), inneholder karbon-karbonbindingen én sigma-binding og én pi-binding.
Sigmabindingen er den direkte mellom de to karbonatomene (C-C), og pi-bindingen dannes over og under sigmabindingen i p-orbitalene til karbonatomene.
Sigma- og Pi-bindinger i acetylen (C2H2)
Acetylen (C2H2) inneholder en trippelbinding mellom de to karbonatomene. Denne trippelbindingen består av en sigma-binding og to pi-bindinger:
I dette tilfellet er to pi-bindinger til stede over og under sigma-bindingen. Pi-bindingene dannes av den laterale overlappingen av p-orbitalene til karbonatomene.
Sigma og Pi Bonds i benzen
I benzen (C6H6), er det seks sigma (σ)-bindinger dannet av front-mot-overlapping av atomorbitaler, noe som gir strukturell stabilitet. I tillegg er det tre pi (π)-bindinger assosiert med de alternerende dobbeltbindingene i den sekskantede ringen, noe som bidrar til molekylets unike stabilitet og reaktivitet på grunn av den delokaliserte elektronskyen over og under ringen.
bryte java
Betydningen av Sigma- og Pi-bindinger i kjemisk binding
Det er en viss betydning av Sigma- og Pi-bindinger i kjemisk binding, og disse er:
- Antall og typer sigma- og pi-bindinger i et molekyl er avgjørende for å bestemme støkiometrien.
- Deres betydning ligger i deres bidrag til strukturen, stabiliteten og reaktiviteten til molekyler.
- Sigma-bindinger tillater fri rotasjon rundt bindingsaksen, noe som er avgjørende for studiet av konformasjonsisomerisme i organisk kjemi. Pi-bindinger begrenser på den annen side rotasjon, noe som bidrar til stivheten til molekyler som inneholder dobbelt- eller trippelbindinger.
Eksempelspørsmål om Sigma-obligasjoner og Pi-obligasjoner
Spørsmål 1: Diskuter Sigma og Pi Bond i detalj.
Svar:
Sigma (σ) og pi (π) bindinger er to grunnleggende typer kovalente bindinger dannet mellom atomer når de deler elektroner. Sigma-bindinger er generelt sterkere enn pi-bindinger på grunn av den mer direkte overlappingen av orbitaler, noe som resulterer i en større elektrontetthet langs bindingsaksen.
Spørsmål 2: Forklar forskjellene mellom Sigma og Pi Bond.
Svar:
Sigmabindinger (σ) dannes ved frontoverlapping av atomorbitaler, noe som tillater fri rotasjon langs bindingsaksen. Pi-bindinger (π) skyldes sidelengs overlapping av p-orbitaler, begrenser rotasjon og danner en dobbelt- eller trippelbinding. Sigma-bindinger er sterkere og primære, mens pi-bindinger er svakere og sekundære i flere bindinger.
Spørsmål 3: Hvordan bestemmes stabiliteten til ethvert molekyl?
Svar:
Stabiliteten til et molekyl bestemmes først og fremst av styrken til de kovalente bindingene og arrangementet av disse bindingene i molekylets struktur. Sigmabindinger gir den primære forbindelsen mellom atomer og er generelt sterkere enn pi-bindinger. Imidlertid bidrar pi-bindinger til den totale bindingsstyrken og kan påvirke molekylets geometri og reaktivitet. Kombinasjonen av sigma- og pi-bindinger gir mulighet for dannelse av stabile molekyler med veldefinerte strukturer, og deres tilstedeværelse er avgjørende for å bestemme de kjemiske egenskapene og reaktiviteten til forbindelser.
Sigma-obligasjoner og Pi-obligasjoner: Vanlige spørsmål
1. Hva er Sigma- og Pi-obligasjoner?
Sigma (σ) bindinger er et resultat av hode-til-hode atomorbital overlapping og tillater fri rotasjon. Pi (π) bindinger dannes fra parallell p orbital overlapping, noe som begrenser rotasjonen.
2. Hvor mange Sigma-obligasjoner og Pi-obligasjoner kan en enkeltobligasjon ha?
En enkelt kovalent binding består av en sigmabinding, og det er ingen pi-bindinger i en enkeltbinding.
3. Kan en Double Bond ha både Sigma og Pi Bonds?
En dobbeltbinding består av en sigma (σ) binding og en pi (π) binding.
4. Hvilke typer orbitaler kan danne Sigma-bindinger?
Sigma-bindinger kan dannes fra overlappingen av s-s, s-p, p-p og noen d-orbitaler.
5. Hvilke typer orbitaler kan danne Pi-bindinger?
Pi-bindinger dannes fra overlappingen av parallelle p-p- eller d-p-orbitaler.
6. Kan Sigma- og Pi-obligasjoner eksistere sammen i samme molekyl?
Ja, sigma- og pi-bindinger kan eksistere side om side i samme molekyl, som i dobbelt- og trippelbindinger.
7. Har alle molekyler Sigma- og Pi-bindinger?
Ikke alle molekyler har både sigma- og pi-bindinger; noen har bare sigma-bindinger.
8. Er Sigma- og Pi-obligasjoner like sterke?
Sigma-bindinger er generelt sterkere enn pi-bindinger på grunn av større overlapping av orbitaler i sigma-bindinger.
9. Hvordan finne ut Sigma- og Pi-obligasjoner?
Ved å tegne Lewis-strukturen og identifisere enkelt-, dobbelt- og trippelbindinger.
10. Hva er antallet Sigma (σ) og Pi (π) bindinger i benzen?
Sigma (σ)-bindinger: Det er totalt 12 sigma-bindinger i benzen. Disse inkluderer de seks karbon-karbon enkeltbindingene og de seks karbon-hydrogen enkeltbindingene.
Pi (π)-bindinger: Det er tre pi-bindinger (π-bindinger) i benzen, som bidrar til aromatisiteten.