Sigma a Pi dluhopisy jsou dva typy kovalentní vazby nachází v molekulách a sloučeninách. Sigma a Pi vazby hrají klíčovou roli v pochopení struktury, stability a reaktivity široké škály chemických látek. Sigma vazby jsou charakteristické svým čelním překrytím, větší hustotou elektronů podél osy vazby a schopností volně se otáčet. Pí vazby na druhé straně zahrnují paralelní p-orbitální překrytí, elektronovou hustotu nad a pod internukleární osou a do určité míry omezují rotaci.
V tomto článku budeme diskutovat o konceptu sigma a pi dluhopisů včetně jejich různých příkladů, charakteristik a klíčových rozdílů mezi oběma dluhopisy. Na konci tohoto článku budete dobře rozumět těmto základním kovalentním vazbám, tj. vazbám Sigma a Pi; a jejich význam ve světě chemie.
Obsah
- Co je Sigma Bond?
- Typy Sigma Bond
- Co jsou Pí dluhopisy?
- Rozdíly mezi dluhopisy Sigma a Pi
- Význam vazeb Sigma a Pi v chemickém lepení
Co je Sigma Bond?
Sigma vazba je tvořena end-to-end překrýváním vazebných orbitalů podél internukleární osy. Toto se nazývá čelní překrytí nebo axiální překrytí. Překrytí orbitalů s, stejně jako překrytí orbitalů p v jednoduché vazbě, má za následek sigma vazby. Sigma vazby umožňují volnou rotaci kolem osy vazby, protože elektronová hustota je soustředěna podél osy vazby.
Charakteristika Sigma Bonds
Klíčové vlastnosti sigma dluhopisů jsou:
- Sigma vazba je silná vazba s dobře definovaným směrem.
- Elektronová hustota v sigma vazbě je soustředěna podél internukleární osy.
- Sigma vazby umožňují volné otáčení kolem osy vazby.
- Sigma vazby mohou existovat v jednoduchých, dvojných nebo trojných vazbách.
- Sigma vazby vykazují cylindrickou symetrii podél osy vazby.
Příklady Sigma Bonds
Existují různé příklady sigma vazeb, protože všechny jednoduché vazby jsou pouze simaga dluhopisy. Některé běžné příklady:
- V metanu (CH4), jednoduché vazby uhlík-vodík jsou sigma vazby.
- V ethenu (C2H4), dvojná vazba uhlík-uhlík zahrnuje jednu vazbu sigma a jednu vazbu pi.
- V molekule vody (H2O), existují dvě sigma vazby: jedna mezi každým atomem vodíku a atomem kyslíku.
- V amoniaku (NH3), existují tři sigma vazby, jedna pro každý atom vodíku vázaný k atomu dusíku.
Sigma vazby v molekulární orbitální teorii
- V teorii molekulárních orbitalů jsou sigma vazby vysvětleny v podmínkách interakce mezi atomovými orbitaly za vzniku molekulárních orbitalů.
- V teorii molekulárních orbitalů je výchozím bodem úvaha o atomových orbitalech jednotlivých atomů v molekule.
- Tvorba sigma vazeb zahrnuje překrytí atomových orbitalů ze dvou atomů.
- Když se dva atomové orbitaly překrývají, spojí se a vytvoří molekulární orbitaly.
- V případě sigma vazby má konstruktivní interference vlnových funkcí dvou atomových orbitalů za následek sigma molekulový orbital (σ MO).
- Teorie molekulárních orbitalů předpovídá vznik jak vazebných, tak antivazebných molekulárních orbitalů.
- Vazba MO (σ vazba) má nižší energii a je spojena s elektronovou hustotou mezi jádry, která molekulu stabilizuje.
- Antivazba MO (σ* antivazba) má vyšší energii a obsahuje elektronovou hustotu mimo internukleární oblast.
Typy Sigma Bond
Sigma vazby lze kategorizovat do různých typů na základě povahy zahrnutých atomových orbitalů a způsobu, jakým se překrývají. Mezi hlavní typy sigma dluhopisů patří:
s-s Překrývající se
Při překrývání ss se dva orbitaly s ze dvou atomů překrývají přímo podél internukleární osy (překrytí hlavou).
strunový split bash
Například v molekule vodíku (H2) tvoří dva atomy vodíku sigma vazbu prostřednictvím ss překrývání.
V tomto případě dochází k překrytí dvou napůl naplněných s-orbitalů podél internukleární osy, jak je znázorněno níže:
s-p Překrývající se
V tomto případě dochází k překrývání mezi zpola vyplněným s-orbitalem jednoho atomu a zpola vyplněnými p-orbitaly jiného atomu. Při překrývání sp se jeden orbital s a jeden orbital p ze dvou různých atomů překrývají přímo podél internukleární osy.
Klasický příklad překrývání sp lze nalézt ve vazbách uhlík-vodík (C-H) v metanu (CH4), kde se orbital 2s atomu uhlíku překrývá s orbitalem 1 atomu vodíku za vzniku sigma vazeb.
p-p Překrývání
K tomuto typu překrývání dochází mezi zpola vyplněnými p-orbitaly dvou přibližujících se atomů. Při překrývání pp se dva paralelní orbitaly p ze dvou atomů překrývají vedle sebe nad a pod internukleární osou.
Například v molekule, jako je ethen (C2H4), dvojná vazba uhlík-uhlík se skládá z vazby sigma a vazby pí vytvořené překrýváním pp.
if a jinde v bash
Co jsou Pí dluhopisy?
Při tvorbě pí vazby se atomové orbitaly překrývají tak, že jejich osy zůstávají vzájemně rovnoběžné a kolmé na mezijaderné osy. Pí vazby se obvykle tvoří navíc k sigma vazbám ve dvojných nebo trojných vazbách (jako v alkynech nebo alkynech) a zahrnují překrytí nehybridizovaných p orbitalů. Pí vazby do určité míry omezují rotaci kolem osy vazby, protože elektronová hustota je nad a pod. mezijaderná osa.
Charakteristika Pi dluhopisů
- Pí vazby omezují rotaci mezi atomy v molekule.
- V pí vazbě je elektronová hustota koncentrována nad a pod internukleární osou.
- Pi dluhopisy jsou obecně slabší než sigma dluhopisy kvůli jejich překrývání ze strany na stranu.
- V pí vazbách je elektronová hustota rozložena na větší plochu.
- Pí vazby se běžně vyskytují ve dvojných a trojných vazbách.
Příklady Pi dluhopisů
- Ethen (také známý jako ethylen) obsahuje dvojnou vazbu mezi dvěma atomy uhlíku. V této vazbě je jedna sigma vazba (σ) a jedna pí vazba (π) vzniklé překrytím p-orbitalů.
- Benzen je šestičlenná kruhová struktura se střídajícími se jednoduchými a dvojnými vazbami. Obsahuje tři sigma vazby (C-C) a tři pí vazby (C=C).
- V molekule kyslíku (O2), mezi dvěma atomy kyslíku existuje dvojná vazba. Tato dvojná vazba obsahuje jednu vazbu sigma a jednu vazbu pi. Vazba pí vzniká, když se p-orbitaly atomů kyslíku překrývají vedle sebe.
- V molekule dusíku (N2), mezi dvěma atomy dusíku je trojná vazba, která se skládá z jedné vazby sigma (σ) a dvou vazeb pí.
Rozdíly mezi dluhopisy Sigma a Pi
Rozdíly mezi sigma a pi vazbou jsou následující:
| Charakteristický | Sigma (σ) Vazba | Pí (π) Vazba |
|---|---|---|
| Tvorba vazby | Vzniká čelním nebo koncovým překrytím atomových orbitalů. | Vzniká překrytím atomových orbitalů ze strany na stranu. |
| Počet dluhopisů v jediném dluhopisu | Jednoduchá sigma vazba je vždy přítomna v jednoduché kovalentní vazbě. | Jednoduchá pí vazba je typicky doprovázena sigma vazbou v jednoduché vazbě. |
| Distribuce elektronů | Elektrony jsou koncentrovány podél osy mezi dvěma jádry. | Elektrony jsou rozmístěny nad a pod osou vazby, čímž vzniká oblak elektronů. |
| Síla vazby | Sigma vazby jsou obecně silnější a stabilnější než pí vazby. | Pí vazby jsou slabší a náchylnější k narušení než sigma vazby. |
| Otáčení | Sigma vazby umožňují volné otáčení kolem osy vazby. | Pí vazby omezují rotaci a vytvářejí charakter dvojné nebo trojné vazby. |
| Hybridizace | Sigma vazby se mohou tvořit s orbitaly s a p a zahrnují sp, sp2, nebo sp3hybridizace. | Pi vazby typicky zahrnují p-p překrytí a mohou vyžadovat použití nehybridizovaných p orbitalů. |
| Umístění ve více dluhopisech | Sigma vazby se nacházejí v jednoduchých vazbách a první vazba v násobných vazbách (např. v dvojné nebo trojné vazbě). | Pi vazby se nacházejí ve vícenásobných vazbách, jako je druhá a třetí vazba v dvojné nebo trojné vazbě. |
| Typ překrytí | Překrytí orbitalů hlava-hlava. | Překrytí orbitalů ze strany na stranu. |
| Příklady | C-C jednoduchá vazba, C-H vazba, C=C dvojitá vazba, C≡C trojitá vazba | C=C dvojitá vazba, C≡C trojitá vazba, N=N trojitá vazba |
| Síla | Obecně silnější | Obecně slabší |
| Číslo ve více dluhopisech | Jedna sigma vazba v jednoduché vazbě; jedna sigma vazba v dvojné vazbě (plus jedna pí vazba); jedna sigma vazba v trojné vazbě (plus dvě pí vazby) | Jedna pí vazba ve dvojné vazbě; dvě pí vazby v trojné vazbě |
| Elektronová hustota | Soustředěno podél mezijaderné osy | Koncentrované nad a pod internukleární osou |
| Otáčení | Umožňuje volné otáčení kolem osy Bond | Omezuje rotaci kvůli překrytí ze strany na stranu |
| Geometrie orbitalů | Sigma orbitaly jsou cylindricky symetrické. | Orbitaly pí mají dva laloky nad a pod osou vazby. |
| Výskyt | Nachází se ve všech kovalentních vazbách, včetně jednoduchých, dvojných a trojných vazeb | Nachází se ve dvojných a trojných vazbách |
Příklady Sigma a Pi dluhopisů
Existují různé příklady vazeb sigma a pi. Proberme několik příkladů takto:
Sigma a Pi dluhopisy v Ethene (C2H4)
V molekulách s dvojnými (π) nebo trojnými (σ) vazbami existují kromě pí vazeb také sigma vazby. Například v ethenu (C2H4), vazba uhlík-uhlík obsahuje jednu vazbu sigma a jednu vazbu pí.
Vazba sigma je ta přímo mezi dvěma atomy uhlíku (C-C) a vazba pí se tvoří nad a pod vazbou sigma v p-orbitalech atomů uhlíku.
Sigma a Pi vazby v acetylenu (C2H2)
Acetylen (C2H2) obsahuje trojnou vazbu mezi dvěma atomy uhlíku. Tato trojná vazba se skládá z jedné vazby sigma a dvou vazeb pí:
V tomto případě jsou dvě vazby pí přítomny nad a pod vazbou sigma. Pí vazby jsou tvořeny bočním překrytím p-orbitalů atomů uhlíku.
příklad uživatelského jména
Sigma a Pi dluhopisy v benzenu
V benzenu (C6H6), existuje šest sigma (σ) vazeb vytvořených čelním překrytím atomových orbitalů, které poskytují strukturální stabilitu. Kromě toho existují tři vazby pi (π) spojené se střídajícími se dvojnými vazbami v šestiúhelníkovém kruhu, což přispívá k jedinečné stabilitě a reaktivitě molekuly díky delokalizovanému elektronovému mraku nad a pod kruhem.
Význam vazeb Sigma a Pi v chemickém lepení
Existuje určitý význam vazeb Sigma a Pi v chemické vazbě, a to jsou:
- Počet a typy sigma a pí vazeb v molekule jsou rozhodující pro stanovení její stechiometrie.
- Jejich význam spočívá v jejich příspěvku ke struktuře, stabilitě a reaktivitě molekul.
- Sigma vazby umožňují volnou rotaci kolem osy vazby, což je klíčové pro studium konformační izomerie v organické chemii. Pí vazby na druhé straně omezují rotaci, což přispívá k rigiditě molekul obsahujících dvojné nebo trojné vazby.
Vzorová otázka na dluhopisy Sigma a dluhopisy Pi
Otázka 1: Diskutujte podrobně o Sigmě a Pi Bondovi.
Odpovědět:
Sigma (σ) a pi (π) vazby jsou dva základní typy kovalentních vazeb vytvořených mezi atomy, když sdílejí elektrony. Sigma vazby jsou obecně silnější než pí vazby kvůli přímějšímu překrývání orbitalů, což vede k větší elektronové hustotě podél osy vazby.
java boolean
Otázka 2: Vysvětlete rozdíly mezi Sigma a Pi Bond.
Odpovědět:
Sigma vazby (σ) jsou tvořeny čelním překrytím atomových orbitalů, což umožňuje volnou rotaci podél osy vazby. Vazby pí (π) jsou výsledkem bočního překrytí orbitalů p, které omezují rotaci a tvoří dvojnou nebo trojnou vazbu. Sigma vazby jsou silnější a primární, zatímco pí vazby jsou slabší a sekundární ve vícenásobných vazbách.
Otázka 3: Jak se určuje stabilita jakékoli molekuly?
Odpovědět:
Stabilita molekuly je primárně určena silou kovalentních vazeb a uspořádáním těchto vazeb ve struktuře molekuly. Sigma vazby poskytují primární spojení mezi atomy a jsou obecně silnější než pí vazby. Pi vazby však přispívají k celkové pevnosti vazby a mohou ovlivnit geometrii a reaktivitu molekuly. Kombinace sigma a pí vazeb umožňuje tvorbu stabilních molekul s dobře definovanými strukturami a jejich přítomnost je rozhodující při určování chemických vlastností a reaktivity sloučenin.
Sigma Bonds a Pi Bonds: FAQ
1. Co je to dluhopisy Sigma a Pi?
Sigma (σ) vazby jsou výsledkem překrytí atomových orbitálních atomů hlava-hlava a umožňují volnou rotaci. Pi (π) vazby vznikají z paralelního p orbitálního překrytí, omezující rotaci.
2. Kolik dluhopisů Sigma a Pí může mít jeden dluhopis?
Jednoduchá kovalentní vazba se skládá z jedné sigma vazby a v jednoduché vazbě nejsou žádné pí vazby.
3. Může mít dvojitá vazba vazby Sigma i Pi?
Dvojná vazba se skládá z jedné vazby sigma (σ) a jedné vazby pi (π).
4. Které typy orbitalů mohou tvořit sigma vazby?
Sigma vazby mohou vznikat z překrytí s-s, s-p, p-p a některých d orbitalů.
5. Jaké typy orbitalů mohou tvořit vazby Pi?
Pí vazby vznikají překrytím paralelních p-p nebo d-p orbitalů.
6. Mohou koexistovat vazby Sigma a Pi ve stejné molekule?
Ano, sigma a pi vazby mohou koexistovat ve stejné molekule, jako ve dvojných a trojných vazbách.
7. Mají všechny molekuly vazby Sigma a Pi?
Ne všechny molekuly mají sigma i pi vazby; některé mají pouze sigma dluhopisy.
8. Jsou dluhopisy Sigma a Pi stejně silné?
Sigma vazby jsou obecně silnější než pí vazby kvůli většímu překrytí orbitalů v sigma vazbách.
9. Jak zjistit dluhopisy Sigma a Pi?
Nakreslením Lewisovy struktury a identifikací jednoduchých, dvojitých a trojitých vazeb.
10. Jaký je počet sigma (σ) a Pi (π) vazeb v benzenu?
Sigma (σ) Vazby: V benzenu je celkem 12 sigma vazeb. Patří mezi ně šest jednoduchých vazeb uhlík-uhlík a šest jednoduchých vazeb uhlík-vodík.
Pi (π) Vazby: V benzenu jsou tři pí vazby (π vazby), které přispívají k jeho aromatickosti.