logo

TechCodeview

Sigma- en Pi-obligaties

Sigma- en Pi-obligaties zijn de twee soorten covalente bindingen gevonden in moleculen en verbindingen. Sigma- en Pi-obligaties spelen een cruciale rol bij het begrijpen van de structuur, stabiliteit en reactiviteit van een breed scala aan chemische soorten. Sigma-bindingen worden gekenmerkt door hun frontale overlap, grotere elektronendichtheid langs de bindingsas en het vermogen om vrij te roteren. Pi-bindingen daarentegen omvatten parallelle p-orbitale overlap, elektronendichtheid boven en onder de internucleaire as, en beperken de rotatie tot op zekere hoogte.

In dit artikel zullen we het concept van sigma- en pi-obligaties bespreken, inclusief hun verschillende voorbeelden, kenmerken en belangrijkste verschillen tussen beide obligaties. Aan het einde van dit artikel zul je een goed begrip hebben van deze essentiële covalente bindingen, d.w.z. Sigma- en Pi-obligaties; en hun betekenis in de wereld van de chemie.



Sigma-en-Pi-Bonds-1

Inhoudsopgave

Wat is Sigma Bond?

Sigma-binding wordt gevormd door end-to-end overlapping van bindingsorbitalen langs de internucleaire as. Dit wordt frontale overlap of axiale overlap genoemd. De overlap van s-orbitalen, evenals de overlap van p-orbitalen in een enkele binding, resulteert in sigma-bindingen. Sigma-bindingen maken vrije rotatie rond de bindingsas mogelijk omdat de elektronendichtheid langs de bindingsas geconcentreerd is.



Kenmerken van Sigma-obligaties

De belangrijkste kenmerken van sigma-obligaties zijn:

  • Sigma-binding is een sterke binding met een goed gedefinieerde richting.
  • De elektronendichtheid in een sigmabinding is geconcentreerd langs de internucleaire as.
  • Sigma-bindingen maken vrije rotatie rond de bindingsas mogelijk.
  • Sigma-obligaties kunnen bestaan ​​in enkele, dubbele of drievoudige bindingen.
  • Sigma-bindingen vertonen cilindrische symmetrie langs de bindingsas.

Voorbeelden van Sigma-obligaties

Er zijn verschillende voorbeelden van sigma-obligaties, aangezien alle afzonderlijke obligaties alleen simaga-obligaties zijn. Enkele veelvoorkomende voorbeelden zijn:

  • In methaan (CH4), zijn de enkele koolstof-waterstofbindingen sigma-bindingen.
  • In etheen (C2H4), omvat de dubbele koolstof-koolstofbinding één sigma-binding en één pi-binding.
  • In een watermolecuul (H2O), zijn er twee sigmabindingen: één tussen elk waterstofatoom en het zuurstofatoom.
  • In ammoniak (NH3), zijn er drie sigmabindingen, één voor elk waterstofatoom gebonden aan het stikstofatoom.

Sigma-obligaties in de moleculaire orbitaaltheorie

  • In de moleculaire orbitaaltheorie worden sigma-bindingen verklaard in termen van de interactie tussen atomaire orbitalen om moleculaire orbitalen te vormen.
  • In de moleculaire orbitaaltheorie is het uitgangspunt de beschouwing van atomaire orbitalen van de individuele atomen in een molecuul.
  • De vorming van sigmabindingen omvat de overlap van atomaire orbitalen van twee atomen.
  • Wanneer twee atomaire orbitalen elkaar overlappen, vormen ze samen moleculaire orbitalen.
  • In het geval van een sigmabinding resulteert de constructieve interferentie van de golffuncties van de twee atomaire orbitalen in een sigma moleculaire orbitaal (σ MO).
  • Moleculaire orbitaaltheorie voorspelt de vorming van zowel bindende als antibindende moleculaire orbitalen.
  • De bindende MO (σ-binding) heeft een lagere energie en wordt geassocieerd met de elektronendichtheid tussen de kernen, waardoor het molecuul wordt gestabiliseerd.
  • De antibindende MO (σ* antibonding) heeft een hogere energie en bevat een elektronendichtheid buiten het internucleaire gebied.

Soorten Sigma-obligatie

Sigma-bindingen kunnen in verschillende typen worden onderverdeeld op basis van de aard van de betrokken atoomorbitalen en de manier waarop ze elkaar overlappen. De belangrijkste soorten sigma-obligaties zijn onder meer:



binaire boom versus bst

s-s Overlapping

Bij ss-overlapping overlappen twee s-orbitalen van twee atomen elkaar direct langs de internucleaire as (frontale overlap).

In het waterstofmolecuul (H2) vormen twee waterstofatomen bijvoorbeeld een sigma-binding door ss-overlapping.

In dit geval is er overlap van twee halfgevulde s-orbitalen langs de internucleaire as, zoals hieronder weergegeven:

Sigma s s Overlapping

s-p Overlapping

In dit geval is er overlap tussen de halfgevulde s-orbitaal van het ene atoom en de halfgevulde p-orbitalen van een ander atoom. Bij sp-overlapping overlappen één s-orbitaal en één p-orbitaal van twee verschillende atomen elkaar direct langs de internucleaire as.

Een klassiek voorbeeld van sp-overlapping wordt gevonden in de koolstof-waterstof (C-H) bindingen in methaan (CH4), waarbij de 2s-orbitaal van het koolstofatoom overlapt met de 1s-orbitaal van het waterstofatoom om sigma-bindingen te vormen.

Sigma s p Overlapping

p-p Overlapping

Dit soort overlapping vindt plaats tussen halfgevulde p-orbitalen van de twee naderende atomen. Bij pp-overlapping overlappen twee parallelle p-orbitalen van twee atomen zij aan zij boven en onder de internucleaire as.

In een molecuul als etheen (C2H4), bestaat de dubbele koolstof-koolstofbinding uit zowel een sigma-binding als een pi-binding gevormd door pp-overlapping.

Sigma-en-Pi-Bonds-6

index van java

Wat zijn Pi-obligaties?

Bij de vorming van een pi-binding overlappen de atomaire orbitalen elkaar zodanig dat hun assen evenwijdig aan elkaar blijven en loodrecht op de internucleaire assen. Pi-bindingen vormen zich gewoonlijk naast sigma-bindingen in dubbele of drievoudige bindingen (zoals in alkynen of alkynen) en omvatten de overlap van niet-gehybridiseerde p-orbitalen. Pi-bindingen beperken de rotatie rond de bindingsas tot op zekere hoogte omdat de elektronendichtheid boven en onder ligt de internucleaire as.

Kenmerken van Pi-obligaties

  • Pi-bindingen beperken de rotatie tussen atomen in een molecuul.
  • In een pi-binding is de elektronendichtheid geconcentreerd boven en onder de internucleaire as.
  • Pi-obligaties zijn over het algemeen zwakker dan sigma-obligaties vanwege hun overlap van links naar rechts.
  • Bij pi-bindingen is de elektronendichtheid over een groter gebied verdeeld.
  • Pi-obligaties worden vaak aangetroffen in dubbele en drievoudige obligaties.

Voorbeelden van Pi-obligaties

  • Etheen (ook bekend als ethyleen) bevat een dubbele binding tussen twee koolstofatomen. In deze binding is er één sigma-binding (σ) en één pi-binding (π), gevormd door de overlap van p-orbitalen.
  • Benzeen is een zesringstructuur met afwisselend enkele en dubbele bindingen. Het beschikt over drie sigma-obligaties (C-C) en drie pi-obligaties (C=C).
  • In het zuurstofmolecuul (O2), bestaat er een dubbele binding tussen de twee zuurstofatomen. Deze dubbele binding bevat één sigma-binding en één pi-binding. De pi-binding ontstaat wanneer de p-orbitalen van de zuurstofatomen elkaar overlappen.
  • In het stikstofmolecuul (N2), is er een drievoudige binding tussen de twee stikstofatomen, bestaande uit één sigma-binding (σ) en twee pi-bindingen.

Pi-binding met behulp van Molecular Orbital

Sigma- en Pi-obligatieverschillen

De verschillen tussen sigma- en pi-obligatie zijn als volgt:

Kenmerkend

Sigma (σ) Bond

Pi (π) binding

Bondvorming

 Gevormd door frontale of end-to-end overlap van atomaire orbitalen. Gevormd door de zij-aan-zij overlap van atomaire orbitalen.

Aantal obligaties in één enkele obligatie

 Een enkele sigma-binding is altijd aanwezig in een enkele covalente binding. Een enkele pi-binding gaat doorgaans gepaard met een sigma-binding in een enkele binding.

Elektronendistributie

 Elektronen zijn geconcentreerd langs de as tussen de twee kernen. Elektronen worden boven en onder de bindingsas verdeeld, waardoor een wolk van elektronen ontstaat.

Sterkte van de binding

 Sigma-obligaties zijn over het algemeen sterker en stabieler dan pi-obligaties. Pi-obligaties zijn zwakker en gevoeliger voor verstoring dan sigma-obligaties.

Rotatie

 Sigma-bindingen maken vrije rotatie rond de bindingsas mogelijk. Pi-obligaties beperken de rotatie en creëren een karakter van dubbele binding of drievoudige binding.

Hybridisatie

 Sigma-bindingen kunnen zich vormen met s- en p-orbitalen en omvatten sp, sp2, of sp3hybridisatie. Pi-bindingen brengen doorgaans pp-overlap met zich mee en vereisen mogelijk het gebruik van niet-gehybridiseerde p-orbitalen.

Locatie in meerdere obligaties

 Sigma-obligaties worden aangetroffen in enkele bindingen en de eerste binding in meerdere bindingen (bijvoorbeeld in een dubbele binding of een drievoudige binding). Pi-obligaties worden aangetroffen in meerdere obligaties, zoals de tweede en derde binding in een dubbele binding of een drievoudige binding.

Overlappingstype

 Head-to-head overlap van orbitalen. Zij-aan-zij overlap van orbitalen.

Voorbeelden

 C-C enkele obligatie, C-H obligatie, C=C dubbele obligatie, C≡C drievoudige obligatie C=C dubbele binding, C≡C drievoudige binding, N=N drievoudige binding

Kracht

 Over het algemeen sterker Over het algemeen zwakker

Nummer in meerdere obligaties

 Eén sigma-obligatie in één enkele binding; één sigma-binding in dubbele binding (plus één pi-binding); één sigma-obligatie in drievoudige obligatie (plus twee pi-obligaties) Eén pi-binding in dubbele binding; twee pi-obligaties in drievoudige binding

Elektronendichtheid

 Geconcentreerd langs de internucleaire as Geconcentreerd boven en onder de internucleaire as

Rotatie

 Maakt vrije rotatie rond de Bond-as mogelijk Beperkt rotatie vanwege zijdelingse overlap

Geometrie van orbitalen

 Sigma-orbitalen zijn cilindrisch symmetrisch. Pi-orbitalen hebben twee lobben boven en onder de bindingsas.

Voorval

 Gevonden in alle covalente obligaties, inclusief enkele, dubbele en drievoudige obligaties Gevonden in dubbele en drievoudige obligaties

Voorbeelden van Sigma- en Pi-obligaties

Er zijn verschillende voorbeelden van sigma- en pi-obligaties. Laten we enkele voorbeelden als volgt bespreken:

Sigma- en Pi-obligaties in etheen (C2H4)

In moleculen met dubbele (π) of drievoudige (σ) bindingen bestaan ​​naast de pi-bindingen ook sigma-bindingen. Bijvoorbeeld in etheen (C2H4), bevat de koolstof-koolstofbinding één sigma-binding en één pi-binding.

De sigma-binding bevindt zich direct tussen de twee koolstofatomen (C-C), en de pi-binding vormt zich boven en onder de sigma-binding in de p-orbitalen van de koolstofatomen.

Sigma- en Pi-obligaties in acetyleen (C2H2)

Acetyleen (C2H2) bevat een drievoudige binding tussen de twee koolstofatomen. Deze drievoudige obligatie bestaat uit één sigma-obligatie en twee pi-obligaties:

livecricket.is

In dit geval zijn er twee pi-obligaties aanwezig boven en onder de sigma-obligatie. De pi-bindingen worden gevormd door de laterale overlap van de p-orbitalen van de koolstofatomen.

Sigma- en Pi-obligaties in benzeen

In benzeen (C6H6), zijn er zes sigma (σ) bindingen gevormd door frontale overlap van atomaire orbitalen, wat zorgt voor structurele stabiliteit. Bovendien zijn er drie pi (π)-bindingen geassocieerd met de afwisselende dubbele bindingen in de zeshoekige ring, wat bijdraagt ​​aan de unieke stabiliteit en reactiviteit van het molecuul als gevolg van de gedelokaliseerde elektronenwolk boven en onder de ring.

Betekenis van Sigma- en Pi-obligaties bij chemische binding

Er is enige betekenis van Sigma- en Pi-obligaties bij chemische bindingen, en deze zijn:

  • Het aantal en de typen sigma- en pi-bindingen in een molecuul zijn cruciaal bij het bepalen van de stoichiometrie ervan.
  • Hun belang ligt in hun bijdrage aan de structuur, stabiliteit en reactiviteit van moleculen.
  • Sigma-bindingen maken vrije rotatie rond de bindingsas mogelijk, wat cruciaal is voor de studie van conformationele isomerie in de organische chemie. Pi-bindingen daarentegen beperken de rotatie en dragen bij aan de stijfheid van moleculen die dubbele of drievoudige bindingen bevatten.

Voorbeeldvraag over Sigma-obligaties en Pi-obligaties

Vraag 1: Bespreek Sigma en Pi Bond in detail.

Antwoord:

Sigma (σ) en pi (π) bindingen zijn twee fundamentele typen covalente bindingen die tussen atomen worden gevormd wanneer ze elektronen delen. Sigma-bindingen zijn over het algemeen sterker dan pi-bindingen vanwege de directere overlap van orbitalen, wat resulteert in een grotere elektronendichtheid langs de bindingsas.

Vraag 2: Verklaar de verschillen tussen Sigma en Pi Bond.

Antwoord:

Sigma-bindingen (σ) worden gevormd door frontale overlap van atomaire orbitalen, waardoor vrije rotatie langs de bindingsas mogelijk is. Pi-bindingen (π) zijn het resultaat van de zijwaartse overlap van p-orbitalen, waardoor de rotatie wordt beperkt en een dubbele of drievoudige binding wordt gevormd. Sigma-obligaties zijn sterker en primair, terwijl pi-obligaties zwakker en secundair zijn bij meerdere obligaties.

Vraag 3: Hoe wordt de stabiliteit van een molecuul bepaald?

Antwoord:

De stabiliteit van een molecuul wordt voornamelijk bepaald door de sterkte van de covalente bindingen en de rangschikking van die bindingen in de structuur van het molecuul. Sigma-bindingen vormen de primaire verbinding tussen atomen en zijn over het algemeen sterker dan pi-bindingen. Pi-bindingen dragen echter bij aan de algehele bindingssterkte en kunnen de geometrie en reactiviteit van het molecuul beïnvloeden. De combinatie van sigma- en pi-bindingen maakt de vorming van stabiele moleculen met goed gedefinieerde structuren mogelijk, en hun aanwezigheid is cruciaal bij het bepalen van de chemische eigenschappen en reactiviteit van verbindingen.

Sigma-obligaties en Pi-obligaties: veelgestelde vragen

1. Wat zijn Sigma- en Pi-obligaties?

Sigma (σ)-bindingen zijn het resultaat van head-to-head atomaire orbitale overlap en maken vrije rotatie mogelijk. Pi (π)-bindingen worden gevormd door parallelle p-orbitale overlap, waardoor de rotatie wordt beperkt.

2. Hoeveel Sigma-obligaties en Pi-obligaties kan een enkele obligatie hebben?

Een enkele covalente binding bestaat uit één sigma-binding, en er zijn geen pi-obligaties in een enkele binding.

3. Kan een dubbele binding zowel Sigma- als Pi-obligaties hebben?

Een dubbele binding bestaat uit één sigma (σ) binding en één pi (π) binding.

4. Welke soorten orbitalen kunnen Sigma-obligaties vormen?

Sigma-bindingen kunnen ontstaan ​​uit de overlap van s-s-, sp-, pp- en sommige d-orbitalen.

5. Welke soorten orbitalen kunnen Pi-obligaties vormen?

Pi-bindingen ontstaan ​​uit de overlap van parallelle p-p- of d-p-orbitalen.

6. Kunnen Sigma- en Pi-obligaties naast elkaar bestaan ​​in hetzelfde molecuul?

Ja, sigma- en pi-bindingen kunnen naast elkaar bestaan ​​in hetzelfde molecuul, zoals in dubbele en drievoudige bindingen.

7. Hebben alle moleculen Sigma- en Pi-bindingen?

Niet alle moleculen hebben zowel sigma- als pi-bindingen; sommige hebben alleen sigma-obligaties.

8. Zijn Sigma- en Pi-obligaties even sterk?

Sigma-bindingen zijn over het algemeen sterker dan pi-bindingen vanwege de grotere overlap van orbitalen in sigma-bindingen.

opteller volledige opteller

9. Hoe kun je Sigma- en Pi-obligaties achterhalen?

Door de Lewis-structuur te tekenen en enkele, dubbele en drievoudige obligaties te identificeren.

10. Wat zijn het aantal Sigma (σ) en Pi (π) obligaties in benzeen?

Sigma (σ) obligaties: Er zijn in totaal 12 sigma-obligaties in benzeen. Deze omvatten de zes enkelvoudige koolstof-koolstofbindingen en de zes enkelvoudige koolstof-waterstofbindingen.

Pi (π)-obligaties: Er zijn drie pi-bindingen (π-bindingen) in benzeen, die bijdragen aan de aromaatiteit ervan.