Wiązanie sigma oraz pi

Raz na jakiś czas staram się skleić krótszy post i ten dzień nadszedł! Zapraszam!

1. Wiązanie chemiczne to nałożenie orbitali

Mówiliśmy już całkiem sporo o wiązaniach chemicznych, skupiając się na ich rodzajach, właściwościach i jak je rozpoznać.

Teraz zastanowimy się troszeczkę dokładniej, czym tak naprawdę jest wiązanie chemiczne. Pamiętając, że elektrony opisujemy za pomocą orbitali (➦ Orbital, czyli opis elektronu na sterydach ) moglibyśmy użyć tego do opisu wiązania chemicznego. I faktycznie :

Wiązanie chemiczne to nałożenie orbitali dwóch atomów.

A pamiętasz też, że mamy różne rodzaje (kształty i rozmiary) orbitali, prawda? Czyli też powinny być różne rodzaje wiązań, no i rzeczywiście masz rację, bardzo dobrze myślisz!

Na maturalnym poziomie poznamy tylko dwa rodzaje wiązań : sigma (𝜎) oraz pi (𝜋).

2. Wiązanie sigma (𝜎) występuje w dwóch postaciach

Zaczynamy od nałożenia orbitali s, o kształcie kuli. Taka sytuacja występuje chociażby w najprostszej cząsteczce wodoru.

Nałożenie dwóch orbitali s daje wiązanie sigma

Jak widzisz, nałożenie orbitali s prowadzi do powstania jajka. Mówimy, że wiązanie sigma ma cylindryczny kształt (czy też symetrię cylindryczną).

Jest jednak jeszcze inna możliwość, na jaką możemy stworzyć wiązanie sigma. Da się to zrobić, jeśli nałożymy na siebie orbitale p.

Wiązanie sigma może także powstać w wyniku czołowego nałożenia orbitali p.

Zwróć uwagę, że oba wiązania nie są identyczne – to powstałe z orbitali s ma kształt jajka, a to powstałe z orbitali p ma kształt cukierka. Są jednak bardzo podobne do siebie (dość podobna symetria[1]), stąd oba mają nazwę sigma.

3. Z wiązaniem pi (𝜋) jest już prościej

Mam nadzieję, że pamiętasz fakt, że orbitale p występują w trzech wersjach ułożenia przestrzennego. Każdy z nich znajduje się pod kątem 90 względem siebie (żeby elektrony znajdowały się jak najdalej od siebie – przecież się odpychają!).

Przypomnienie orbitali p. Tutaj każdy z nich został pokazany osobno, ale tylko dla przejrzystości rysunku. Pamiętaj, że one są wszystkie zbite ,,w jedną kupę”.

Czyli jeśli mamy takie trzy orbitale p , to jeśli będziemy łączyć dwa atomy, to jest możliwe utworzenie tylko jednego wiązania sigma! Bo żeby utworzyć wiązanie sigma z orbitali p, to muszą się one na siebie nałożyć czołowo, tak samo jak mamy np. czołowe zderzenie samochodów.

Następne orbitale p będą się ze sobą nakładać bocznie! Zobaczmy :

Boczne nakładanie orbitali p to już zupełnie inna bajka, prowadząca do wiązania pi.

Obie sytuacje, nakładania czołowego i bocznego możemy przyrównać do przytulania twarzą w twarz (czoło w czoło = czołowo) lub bocznie, co możesz zobaczyć poniżej :

Przytulanie boczne (po lewej) oraz czołowe (po prawej).

Jak myślisz, które wiązanie jest zatem mocniejsze ? Inaczej zadając pytanie – które przytulenie jest mocniejsze, w którym czujesz że ,,bardziej się przytulasz” ? Jeszcze na zajęciach nie zdarzyło mi się, by ktoś źle odpowiedział, więc mam nadzieję, że Ty też poprawnie wskazałeś czołowe przytulenie jako to mocniejsze. I faktycznie, wiązanie sigma jest mocniejsze niż wiązanie pi. Zauważ, że widzieliśmy to już tutaj (Długość, energia i rząd wiązania) , kiedy zaobserwowaliśmy, że moc wiązania nie rośnie liniowo (prościej mówiąc : wiązanie podwójne nie jest dwa razy mocniejsze niż pojedyncze, a teraz wiemy już dlaczego!)

4. Wiązanie sigma i pi na zwykłych rysunkach

Czas na część praktyczną, a więc jak rozpoznać ile będziemy mieć wiązań sigma oraz pi w dowolnej cząsteczce, która zostanie podana w postaci wzoru na przykład strukturalnego. Popatrzmy na rysunek, który nam to podsumuje na przykładzie wiązania podwójnego oraz potrójnego pomiędzy atomami węgla (oczywiście nie ma to znaczenia, pomiędzy jakimi atomami mamy takie wiązanie).

Jak liczyć wiązania sigma oraz pi?

Każde wiązanie pojedyncze to natomiast wiązanie sigma. Weźmy taką cząsteczkę :

Mamy tutaj 4 wiązania pi oraz 14 wiązań sigma (pamiętaj, że nie wszystkie wiązania będziesz mieć podane na tacy, czytaj narysowane, a niektóre sam musisz sobie dorysować).


[1] Chodzi generalnie o to, że w obu rodzajach wiązań sigma dozwolona jest rotacja, a zatem w przypadku występowania takiego wiązania(czy sigma s , czy sigma p), nie będziemy mieć możliwości różnego ułożenia podstawników w przestrzeni. Spokojnie, jeszcze nie wiadomo co tu jest grane i tak to zostawimy, dopóki nie zajmiemy się chemią organiczną.

Leave a Reply

%d bloggers like this: