化学では、シグマ結合とは何ですか？

化学では、シグマ（σ）結合は、2つの原子核の核間軸に沿って電子密度が最も集中している共有結合です。 ほとんどすべての場合、シグマ結合は単結合です。 シグマ結合は、一般的に弱く、核間軸に沿って発生しないパイ（π）結合と混同しないでください。

シグマ結合は、2つの核の核間軸に沿って発生します。 核間軸は、2つの異なる原子の原子核を直接結ぶ直線です。 電子密度がこの軸の周りに対称的に集中すると、シグマ結合が形成されます。

原子間でシグマ結合を形成する方法の基本を理解するには、原子軌道の理解が必要です。 シグマ結合の最も単純な例は、水素（H ₂ ） のs軌道の重なりにあります。 s軌道とp軌道の重なりも、2つのp軌道の重なりと同様に、シグマ結合になります。 電子密度が原子の核間軸の周りに集中している限り、 p軌道とハイブリッド化されたsp軌道の重なりでさえ、シグマ結合になります。

s軌道とp軌道の重なりの良い例は、塩化水素（HCl）にあります。 二原子臭素（Br ₂ ）は、2つの4p軌道の重なりによってシグマ結合を形成します。 化学フッ化ベリリウム（BeF ₂ ）では、フッ素の2p軌道とベリリウムのspハイブリッド軌道の大きなローブとの重なりによって結合が形成されます。

p軌道が核間軸から離れて重なり合うと、pi結合が形成されます。 パイ結合は共有結合であり、一般にシグマ結合ほど強くありません。 それらは、最も一般的には二重結合と三重結合に関連しています。

一般的な規則として、二重結合は1つのシグマ結合と1つのパイ結合で構成され、三重結合は1つのシグマ結合と2つのパイ結合で構成されます。 パイ結合は一般に弱いため、二重結合は単結合よりも強くなりますが、総強度は単結合の強度の2倍未満になります。 学生がシグマ結合とパイ結合を単結合および多重結合に関連付けることを覚えるために使用する一般的なニーモニックデバイスは、「シグマは単数で、パイは複数」です。

化学ホルムアルデヒドは、単一分子内に存在する両方の種類の結合を示す例として使用できます。 ホルムアルデヒドには3つのシグマ結合が存在します。 炭素原子と酸素原子の間に1つ、各水素原子と炭素の間に1つがあります。 パイ結合も炭素と酸素の間に存在しますが、他の結合とは異なり、核間軸に沿ってはありません。