σ鍵和π鍵的區別

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引言

在化學領域，研究化學鍵既至關重要又引人入勝。實際上，化學鍵是一種力，它在原子相互作用時將原子結合在一起。化學鍵也可以分為多種型別，包括離子鍵、共價鍵、極性鍵和氫鍵。除了上述鍵之外，還有許多其他型別的鍵。在本節中，我們將詳細介紹稱為σ鍵和π鍵的共價鍵。共價鍵在化學物質的存在中起著至關重要的作用。本文還將有助於清楚地理解σ鍵和π鍵之間的區別。

σ鍵和π鍵介紹

σ鍵和π鍵可以透過原子軌道的重疊來區分。當原子軌道發生重疊時，就會形成共價鍵。σ鍵是在原子軌道頭對頭重疊時形成的，而π鍵是在兩個原子軌道並排重疊時形成的。σ和π分別源於希臘字母。

原子軌道的重疊會影響鍵角、鍵長和鍵焓。這種重疊導致兩種不同型別的共價鍵，即σ鍵和π鍵，它們以兩種不同的方式發生。σ鍵通常比π鍵更強。在分子軌道理論中，兩者都被大量用於預測分子的行為。

什麼是σ鍵？

當雜化軌道沿鍵軸相互重疊時，就會形成σ鍵。σ鍵中兩個原子的共享電子密度正好位於鍵軸上。由此產生的鍵非常強且穩定。σ鍵是兩個不同原子相互作用時首先形成的共價鍵。

由於能量較低，這些鍵更穩定。不存在鍵共振和超共軛。在這些鍵中，兩個具有局域鍵的原子透過電子對連線。因此，σ鍵比普通鍵更強。一個簡單的路易斯結構就可以完全構建具有目標σ鍵的化合物。此外，很容易預測它們的許多性質，包括鍵長、鍵能和偶極矩。

s-s重疊

這裡，兩個半充滿的s軌道之間發生相互作用的位點是核間軸，如下圖所示。

p-p重疊

相互靠近的兩個原子具有半充滿的p軌道，它們以這種方式重疊。

s-p重疊

這種型別的重疊發生在一個原子的半充滿s軌道和另一個原子的半充滿p軌道之間。

性質

• 雜化軌道相互堆疊形成σ鍵。

• σ鍵堅固可靠。

• 在σ鍵的形成過程中，兩個分子或原子相互作用的第一個過程。

• σ鍵通常用符號𝜎表示。

• 所有烷烴、烯烴和炔烴都表現出σ鍵的形成。

什麼是π鍵？

要形成π鍵，原子軌道必須以垂直於核間軸方向的側向正（同相）方向連線。儘管重疊垂直於核間軸，但在鍵形成過程中，原子軌道軸彼此平行。

在π鍵形成過程中，原子軌道會收斂，使得它們的軸看起來垂直於中心軸並且彼此平行。構成側向重疊軌道的兩種碟形帶電荷雲位於參與原子的表面上方和下方。

這種鍵是由兩個軌道的側面或平行重疊形成的，例如py-py或pz-pz軌道。

性質

• 鍵軸上方和下方的雜化軌道相互重疊形成π鍵。

• π鍵不穩定且較弱。

• 在σ鍵形成之後，π鍵形成。

• π鍵的符號通常寫為π。

• π鍵不會在烷烴（飽和分子）中形成。π鍵形成發生在烯烴和炔烴等不飽和物質中。

σ鍵和π鍵的區別

引數	σ鍵	π鍵
軌道重疊	兩個雜化軌道的頭對頭重疊形成σ鍵	並排重疊的雜化軌道形成π鍵
符號	用Σ表示	用π表示
鍵的形成	在其形成過程中，重疊軌道既可以是單個純軌道，也可以是單個雜化軌道。此外，它還可以是兩個純軌道和兩個雜化軌道。	在其鍵的形成中，重疊軌道應是兩個未雜化的軌道。
形成順序	這些鍵在原子相互作用時首先形成。	這些鍵是在σ鍵已經形成後在兩個原子之間形成的。
反應性	σ鍵合原子反應性很高。	原子上的π鍵不如σ鍵具有相同的反應活性。
存在和旋轉	獨立存在並可以自由旋轉	始終需要σ鍵才能存在，並且旋轉受到限制
強度	最強的鍵	與其他鍵相比較弱
對稱性	圍繞鍵軸，這些具有圓柱形電荷對稱性。	π鍵沒有任何對稱性。
分子結構	σ鍵有助於確定分子形狀。	π鍵無助於確定分子的形狀。

結論

總之，由於兩個原子軌道的重疊，形成了兩種不同型別的鍵，即σ鍵和π鍵。當兩個原子軌道沿其軸線而不是側向重疊時，或者當兩個原子重疊時，就會形成σ鍵。這是σ鍵和π鍵之間的主要區別。π鍵比σ鍵弱，σ鍵總是先形成。單鍵總是σ鍵，而雙鍵和三鍵分別還包含一個π鍵和兩個π鍵。

常見問題

1. 為什麼σ鍵不形成共軛體系？

由於所有共軛體系中都存在交替的單鍵、雙鍵或三鍵，因此σ鍵不能形成共軛體系。

2. 為什麼π鍵不如σ鍵強？

由於原子之間電子密度較低，π鍵通常比σ鍵弱，並且在MO圖中具有更高的能量。

3. π鍵可以容納多少電子？

構成三鍵的兩個π鍵具有相同的性質。始終記住，π鍵只能容納兩個電子，這包括上平面和下平面。

4. 為什麼π鍵不能單獨形成？

鍵的鍵軸充當其對稱平面。它需要至少形成p軌道；它不能由s軌道形成。90% 以上討論過的鍵都以某種方式涉及碳、氮或氧。

5. 為什麼更容易斷裂π鍵？

π鍵的電子離原子核更遠。由於原子核對電子的親和力較弱，因此更容易斷裂π鍵。