Сигма-врска

Сигма-врска (σ-врска) — најсилниот вид дна ковалентна хемиска врска.^[1] Се образува со челен преклоп на атомски орбитали. Сигма-сврзувањето најпросто се дефинира за двоатомски молекули со посредство на симетриски групи. Во овој формален приод, σ-врска е симетрична во однос на вртењето околу оска на врска. По таа дефиниција, чести облици на сигма-врски се s+s, p_z+p_z, s+p_z и d_z²+d_z² (каде z се дефинира како оската на врската или меѓујадрената врска).^[2] Квантната теорија вели дека молекулските орбиали со истоветна симетрија всушност се мешаат или хибридизираат. Како практична последица од ова мешање на двоатомните молекули, брановите функции s+s и молекулските орбитали p_z+p_z се смешуваат. Степенот на ова смешување (или хибридизација) зависи од релативните енергии на молекулските орбитали со иста симетрија.

Антисврзувачка молекуларна орбитала 1sσ* во H₂ со јазолна рамнина

Кај еднојадрените двоатаомски молекули, сврзувачките σ-орбитали немат јазолни рамнини со нулта бранова функција, било низ сврзаните атоми или меѓу нив. Придружното антисврзување или σ*-орбитала се дефинира како присуство на една јазолна рамнина помеѓу двата сврзани атоми.

Сигма-врските се најсилниот вид на ковалентна врска поради непосредиот преклоп на орбиталите, па електроните во овие врски понекогаш се нарекуваат сигма-електрони.^[3]

Симболот σ е грчката буква сигма. Кога се гледа долж оската на врската, σ-молекулската орбитала има кружна симетрија, и така наликува на атомската орбитала „s“ која има иста звучност.

Единечната врска типично е сигма-врска, а повеќекратната врска е составена од една сигма-врска заедно со пи- или други врски. Двојната врска има една сигма- и една пи-врска, а тројната врска има една сигма- и две пи-врски.

——	————————————————	—————
Атомски орбитали
Симетрични (s–s и p–p) сигма-врски помеѓу атомските орбиали		Пи-врска, за споредба
——	————————————————	—————
σ_{s–хибрид}		σ_s–p

Повеќеатомски молекули

Сигма-врските настануваат со челен преклоп на атомски орбитали. Концептот на сигма-сврзување is extended to describe сврзувачките заемодејства кои подразбираат преклоп на една резна на една орбитала со една резна на друга. На пример, пропанот се состои од десет сигма-врски, по една за двете врски C−C и по една за осумте врски C−H.

Повеќекратно сврзани комплекси

Преоднометалните комплекси диводородниот комплекс кои имаат повеќекратни врски имаат сигма-врски повеќе сврзани атоми. Овие сигма-врски можат да се дополнат со други сврзувачки заемодејства како π-повратоврзноста, как во случајот на W(CO)₃(PCy₃)₂(H₂), па дури и со δ-врски, како во случајот на хром(II) ацетатот.^[4]

Органски молекули

Органските молекули често се циклични соединенија со еден или повеќе прстени како бензенот, и сочинети се од мноштво сигма-врски долж пи-врските. Според правилото за сигма-врски, бројот на сигма-врски во една молекула е еднаков на бројот на атоми плус бројот на прстени минус еден.

N_σ = N_атоми + N_{прстени} − 1

Ова правило е посебен случај на Ојлеровата одлика за графот кој претставува молекула.

Молекулата без прстени може да се претстави како дрво чиј број на врски е еднаков на бројот на атоми минус еден (како кај диводородот (H₂) со само една сигма-врска, или амонијакот (NH₃) со 3 сигма-врски). Не постои повеќе од 1 сигма-врска меѓу било кои два атома.

Молекулите со прстени имаат дополнителни сигма-врски, така што безенските прстени, кои имаат 6 сигма-врски C−C во прстенот за 6 јаглеродни атоми. Антраценската молекула (C₁₄H₁₀) има три прстени, така што правилото го дава бројот на сигма-врски како 24 + 3 − 1 = 26. Во овој случај има 16 сигма-врски C−C и 10 врски C−H.

Правилото не важи за молекули кои, кога ќе се нацртаат на рамен лист, имаат различен број на прстени отколку фактичкиот; на пример, бакминстерфулеренот (C₆₀) има 32 прстени, 60 атоми и 90 сигма-врски, по еден за секој пар сврзани атоми; меѓитоа, 60 + 32 - 1 = 91, а не 90. Ова е бидејќи сигма-правилото е посебен случај на Ојлеровата одлика, каде секој прстен се смета за страна, секоја сигма-врска за раб, а секој атом за теме. Обично на просторот кој не се наоѓа во ниеден прстен му се дава една дополнителна страна, но кога ќе го нацртаме бакминстерфулеренот без ниедно вкрстување, еден од прстените го сочинува надворешниот петаголник; внатрешноста на тој прстен лежи вон графот. Ова правило не важи и за други облици — тороидните фулерени се водат по правилото дека бројот на сигма-врски во молекулата е точно ист со бројот на атомот плус бројот на прстени; истото важи и за наноцевката, која кога ќе се нацртаат на рамна површина како да се гледа низ едниот крај, имаат страна по средината (што одговара на крајот на наноцевката) кој не е прстен, и страна која одговара на надворешноста.

Поврзано

Молекуларна геометрија

Наводи

↑ Moore, John; Stanitski, Conrad L.; Jurs, Peter C. (21 јануари 2009). Principles of Chemistry: The Molecular Science. ISBN 9780495390794.
↑ Clayden, Jonathan; Greeves, Nick; Warren, Stuart (март 2012) [2002]. Organic Chemistry (2. изд.). Oxford: OUP Oxford. стр. 101–136. ISBN 978-0199270293.
↑ Keeler, James; Wothers, Peter (мај 2008). Chemical Structure and Reactivity (1. изд.). Oxford: OUP Oxford. стр. 27–46. ISBN 978-0199289301.
↑ Kubas, Gregory (2002). „Metal Dihydrogen and σ-Bond Complexes: Structure, Theory, and Reactivity“. J. Am. Chem. Soc. 124 (14): 3799–3800. doi:10.1021/ja0153417.

Надворешни врски

Дефиниција за сигма-врска — Меѓународен сојуз за чиста и применета хемија (англиски)

[1] Moore, John; Stanitski, Conrad L.; Jurs, Peter C. (21 јануари 2009). Principles of Chemistry: The Molecular Science. ISBN 9780495390794.

[2] Clayden, Jonathan; Greeves, Nick; Warren, Stuart (март 2012) [2002]. Organic Chemistry (2. изд.). Oxford: OUP Oxford. стр. 101–136. ISBN 978-0199270293.

[3] Keeler, James; Wothers, Peter (мај 2008). Chemical Structure and Reactivity (1. изд.). Oxford: OUP Oxford. стр. 27–46. ISBN 978-0199289301.

[4] Kubas, Gregory (2002). „Metal Dihydrogen and σ-Bond Complexes: Structure, Theory, and Reactivity“. J. Am. Chem. Soc. 124 (14): 3799–3800. doi:10.1021/ja0153417.

[1]

[2]

[3]

[4]