Почему в молекулах с кратными связями имеется только одна сигма-связь, а остальные являются пи-связями?

Zagadochnyy_Pesok_4157

66

Молекулы с кратными связями имеют только одну сигма-связь и остальные связи являются пи-связями из-за особенностей электронной структуры атомов и молекул.

Для начала разберёмся с понятиями связей. Связь между атомами в молекуле может быть сигма-связью или пи-связью. Сигма-связь образуется при перекрытии орбиталей двух атомов в направлении между ядрами. Она является самой прочной и наиболее стабильной связью в молекуле. Пи-связь образуется при перекрытии пи-орбиталей вдоль молекулы.

Теперь рассмотрим электронную структуру атомов и молекул. Атом в молекуле имеет энергетические уровни, на которых расположены электроны. Каждый электрон занимает определенную орбиталь. Углерод, кислород и азот, например, обладают s- и p-орбиталями. S-орбитали характеризуются симметрией по отношению к ядру, а p-орбитали обладают плоскостной симметрией, перпендикулярной оси, проходящей через ядро атома.

При образовании связей в молекуле электроны перемещаются из одной орбитали на другую с меньшей энергией. Для образования сигма-связи орбитали должны перекрываться в направлении между ядрами, что требует наименьших энергетических затрат.

Когда молекула содержит кратные связи, например, двойные или тройные связи, одна из связей будет являться сигма-связью, а остальные - пи-связями. При образовании двойной связи, пи-связь формируется за счет перекрытия p-орбиталей, перпендикулярных плоскости, проходящей через ядро атома. Такое перекрытие создает плоский область электронной плотности, что и определяет особенную химическую активность двойных и тройных связей.

В итоге, в молекулах с кратными связями имеется только одна сигма-связь, так как сигма-связь образуется при перекрытии орбиталей в направлении между ядрами, а остальные связи являются пи-связями, образующимися в результате перекрытия p-орбиталей. Эта особенность электронной структуры атомов и молекул объясняет почему в молекулах с кратными связями имеется только одна сигма-связь.