Was sind Sigma-Bindungen in der Chemie?
In der Chemie sind Sigma (σ) -Bindungen kovalente Bindungen, bei denen die Elektronendichte entlang der Kernachse zweier Kerne am stärksten konzentriert ist. In fast allen Fällen handelt es sich bei Sigma-Anleihen um Einfachbindungen. Sigma-Bindungen sind nicht mit pi (π) -Bindungen zu verwechseln, die im Allgemeinen schwächer sind und nicht entlang der Kernachse auftreten.
Sigma-Bindungen treten entlang der Kernachse zweier Kerne auf. Die Internuklearachse ist die gerade Linie, die die Kerne zweier verschiedener Atome direkt verbindet. Eine Sigma-Bindung entsteht, wenn die Elektronendichte symmetrisch um diese Achse konzentriert ist.
Ein Verständnis der Atomorbitale ist notwendig, um die Grundlagen zu verstehen, wie Sigma-Bindungen zwischen Atomen gebildet werden können. Das einfachste Beispiel für eine Sigma-Bindung ist die Überlappung der s- Orbitale in Wasserstoff (H 2 ). Die Überlappung eines s- und eines p- Orbitals kann ebenso zu einer Sigma-Bindung führen wie die Überlappung zweier p- Orbitale. Selbst die Überlappung eines p- Orbitals und eines hybridisierten sp- Orbitals kann zu einer Sigma-Bindung führen, solange sich die Elektronendichte um die Kernachse der Atome konzentriert.
Ein gutes Beispiel für die Überlappung eines s- Orbitals und eines p- Orbitals ist Chlorwasserstoff (HCl). Zweiatomiges Brom (Br 2 ) bildet durch Überlappung zweier 4p- Orbitale eine Sigma-Bindung. In der Chemikalie Berylliumfluorid (BeF 2 ) werden die Bindungen durch Überlappung der 2p- Orbitale in Fluor mit den großen Keulen der sp- Hybridorbitale von Beryllium gebildet.
Überlappen sich p- Orbitale von der Kernachse weg, entsteht eine pi-Bindung. Pi-Bindungen sind kovalente Bindungen, die im Allgemeinen nicht so stark sind wie Sigma-Bindungen. Sie sind am häufigsten mit Doppelbindungen und Dreifachbindungen assoziiert.
In der Regel besteht eine Doppelbindung aus einer Sigma- und einer Pi-Bindung und eine Dreifachbindung aus einer Sigma- und zwei Pi-Bindungen. Da pi-Bindungen im Allgemeinen schwächer sind, sind Doppelbindungen stärker als Einfachbindungen, die Gesamtfestigkeit ist jedoch geringer als die doppelte Stärke der Einfachbindung. Eine gebräuchliche Mnemonik, die von Schülern verwendet wird, um sich an die Assoziation von Sigma- und Pi-Bindungen mit Einfach- und Mehrfachbindungen zu erinnern, ist "Sigma ist Singular und Pi ist Plural".
Der chemische Formaldehyd kann als Beispiel verwendet werden, um beide Arten von Bindungen zu zeigen, die in einem einzelnen Molekül vorliegen. In Formaldehyd existieren drei Sigma-Bindungen; es gibt einen zwischen den Kohlenstoff- und Sauerstoffatomen und einen zwischen jedem Wasserstoffatom und dem Kohlenstoff. Eine pi-Bindung besteht auch zwischen dem Kohlenstoff und dem Sauerstoff, aber im Gegensatz zu den anderen Bindungen liegt sie nicht entlang der Kernachse.