Obligacja Sigma - Sigma bond

wiązanie σ między dwoma atomami: lokalizacja gęstości elektronowej

W chemii , wiązania sigma ( Ď wiązań ) jest najsilniejszym typu kowalencyjnego wiązania chemicznego . Powstają przez czołowe nakładanie się orbitali atomowych . Wiązanie sigma jest najprościej definiowane dla cząsteczek dwuatomowych przy użyciu języka i narzędzi grup symetrii . W tym formalnym podejściu wiązanie σ jest symetryczne względem obrotu wokół osi wiązania. Zgodnie z tą definicją, wspólne formy wiązania sigma to s + s, s oo + p oo , s + s z d z 2 + d z 2 (gdzie Z jest zdefiniowany jak osi wiązania lub osi internuclear). Teoria kwantowa wskazuje również, że orbitale molekularne (MO) o identycznej symetrii faktycznie mieszają się lub hybrydyzują . Praktyczną konsekwencją tego mieszania cząsteczek dwuatomowych jest wymieszanie funkcji falowych s+s i p z +p z orbitali molekularnych. Zakres tego mieszania (lub hybrydyzacji lub mieszania) zależy od względnych energii MO o podobnej symetrii.

1sσ* antywiążący orbital molekularny w H 2 z płaszczyzną węzłową

Dla homodiatomics ( homojądrowych dwuatomowy cząsteczek ) , klejenie Ď orbitale nie mają węzłowe płaszczyzny, w której falowa wynosi zero, zarówno między związanych atomów lub przepływa przez związanych atomów. Odpowiadający mu orbital σ* jest zdefiniowany przez obecność jednej płaszczyzny węzłowej pomiędzy dwoma związanymi atomami.

Wiązania Sigma są najsilniejszym rodzajem wiązań kowalencyjnych ze względu na bezpośrednie nakładanie się orbitali, a elektrony w tych wiązaniach są czasami nazywane elektronami sigma.

Symbol σ to grecka litera sigma . Patrząc w dół osi wiązania, σ MO ma symetrię kołową , a zatem przypomina podobnie brzmiący orbital atomowy „s” .

Zazwyczaj wiązanie pojedyncze jest wiązaniem sigma, podczas gdy wiązanie wielokrotne składa się z jednego wiązania sigma razem z pi lub innymi wiązaniami. Wiązanie podwójne ma jeden sigma plus jeden wiązanie pi , a potrójne wiązanie ma jeden sigma oraz dwóch wiązań PI.

—— ————————————————— —————

Atomowy

orbitale

Orbitale elektronowe crop.svg
Symetryczne (s–s i p–p)
wiązania sigma między orbitalami atomowymi
Wiązanie pi ,
dla porównania
—— ————————————————— —————
Orbitale molekularne sq.svg
σ s– hybryda
Molekularny orbital fluorowodoru.svg
Ď s-t

Cząsteczki wieloatomowe

Wiązania Sigma uzyskuje się przez czołowe nakładanie się orbitali atomowych. Pojęcie wiązania sigma zostało rozszerzone, aby opisać interakcje wiązania polegające na nakładaniu się pojedynczego płata jednego orbitalu z pojedynczym płatem innego. Na przykład propan jest opisany jako składający się z dziesięciu wiązań sigma, po jednym dla dwóch wiązań C-C i po jednym dla ośmiu wiązań CH-H.

Kompleksy o wielu wiązaniach

Kompleksy metali przejściowych, które zawierają wiązania wielokrotne, takie jak kompleks diwodorowy , mają wiązania sigma między wieloma związanymi atomami. Te wiązania sigma można uzupełnić innymi oddziaływaniami wiązania, takimi jak π- doncja zwrotna , jak w przypadku W(CO) 3 ( PCy 3 ) 2 (H 2 ), a nawet wiązania , jak w przypadku chromu (II) octan .

Organiczne molekuły

Cząsteczki organiczne są często związkami cyklicznymi zawierającymi jeden lub więcej pierścieni, takich jak benzen i często składają się z wielu wiązań sigma wraz z wiązaniami pi. Zgodnie z regułą wiązań sigma liczba wiązań sigma w cząsteczce jest równa liczbie atomów plus liczba pierścieni minus jeden.

N σ = N atomów + N pierścieni − 1

Ta reguła jest szczególnym przypadkiem zastosowania charakterystyki Eulera wykresu, który reprezentuje cząsteczkę.

Cząsteczka bez pierścieni może być reprezentowana jako drzewo z liczbą wiązań równą liczbie atomów minus jeden (jak w diwodorze , H 2 , z tylko jednym wiązaniem sigma lub amoniak , NH 3 , z wiązaniami 3 sigma). Między dowolnymi dwoma atomami nie ma więcej niż 1 wiązanie sigma.

Cząsteczki z pierścieniami mają dodatkowe wiązania sigma, takie jak pierścienie benzenowe, które mają 6 wiązań C-C sigma w pierścieniu dla 6 atomów węgla. Antracen cząsteczka C 14 H, 10 , ma trzy pierścienie, dzięki czemu reguła zapewnia ilość wiązań sigma w temperaturze 24 ± 3 - 1 = 26. W tym przypadku jest to 16 wiązania sigma, C-C i 10 wiązań C-H.

Zasada ta nie sprawdza się w przypadku cząsteczek, które narysowane płasko na papierze mają inną liczbę pierścieni niż cząsteczka faktycznie ma - na przykład Buckminsterfullerene , C 60 , który ma 32 pierścienie, 60 atomów i 90 wiązań sigma, jeden dla każdej pary związanych atomów; jednak 60 + 32 - 1 = 91, a nie 90. Dzieje się tak, ponieważ reguła sigma jest szczególnym przypadkiem charakterystyki Eulera , gdzie każdy pierścień jest uważany za ścianę, każde wiązanie sigma jest krawędzią, a każdy atom jest wierzchołkiem. Zwykle jedna dodatkowa ściana jest przypisana do przestrzeni nie wewnątrz żadnego pierścienia, ale gdy Buckminsterfullerene jest narysowany płasko bez żadnych przecięć , jeden z pierścieni tworzy zewnętrzny pięciokąt; wnętrze tego pierścienia znajduje się na zewnątrz wykresu. Ta zasada zawodzi jeszcze bardziej w przypadku innych kształtów - toroidalne fullereny będą przestrzegać zasady, że liczba wiązań sigma w cząsteczce to dokładnie liczba atomów plus liczba pierścieni, podobnie jak nanorurki - które rozciągnięte płasko, jakby patrzyły przez jeden od końca, będzie miał twarz w środku, odpowiadającą dalszemu końcowi nanorurki, który nie jest pierścieniem, oraz twarz odpowiadającą zewnętrznej.

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne