시그마 결합

Sigma bond
두 원자 사이의 σ 결합: 전자 밀도의 국소화

화학에서 시그마 결합(시그마 결합)은 공유 화학 [1]결합의 가장 강력한 유형입니다.이들은 원자 궤도 사이에 정면으로 중첩되어 형성됩니다.시그마 결합은 대칭 그룹의 언어와 도구를 사용하여 이원자 분자에 대해 가장 간단하게 정의됩니다.이 공식적인 접근법에서, σ-결합은 결합 축을 중심으로 회전에 대해 대칭입니다.이 정의에 의해, 시그마 결합의 일반적인 형태는 s+s, pz+pz, s+pz 및 dz2+dz2(여기서 z는 결합의 축 또는 핵간 축으로 정의됨)입니다.[2]양자 이론은 또한 동일한 대칭성을 가진 분자 궤도(MO)가 실제로 섞이거나 교배된다는 것을 나타냅니다.이원자 분자의 이러한 혼합의 실질적인 결과로서, 파동 함수 s+s와 pz+pz 분자 궤도가 혼합됩니다.이 혼합(또는 혼성화 또는 블렌딩)의 정도는 같은 대칭의 MO의 상대적 에너지에 따라 달라집니다.

결절면이 있는 H에서 1s σ* 반접합 분자 오비탈

호모디아토믹스(동핵 이원자 분자)의 경우, 결합 σ 궤도에는 결합 원자 사이 또는 결합 원자를 통과하는 파동 함수가 0인 결절면이 없습니다.해당하는 반결합 또는 σ* 오비탈은 결합된 두 원자 사이에 하나의 결절면이 존재함으로써 정의됩니다.

시그마 결합은 오비탈의 직접적인 중첩으로 인해 가장 강력한 공유 결합 유형이며, 이러한 결합 내의 전자를 시그마 전자라고 부르기도 합니다.[3]

σ 기호는 그리스 문자 시그마입니다.결합 축 아래로 볼 때, σ MO는 원형 대칭을 가지며, 따라서 비슷하게 들리는 "s" 원자 궤도와 유사합니다.

일반적으로 단일 결합은 시그마 결합인 반면 다중 결합은 파이 또는 다른 결합과 함께 하나의 시그마 결합으로 구성됩니다.이중 결합은 하나의 시그마에 하나의 파이 결합을 가지며, 삼중 결합은 하나의 시그마에 두 개의 파이 결합을 갖습니다.

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아토믹

궤도의
대칭(s–s 및 p–p)
원자 궤도 사이의 시그마 결합		 파이 본드,
견주기 위하여
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σs–hybrid
σs–p

다원자 분자

시그마 결합은 원자 궤도의 정면 중첩에 의해 얻어집니다.시그마 결합의 개념은 한 오비탈의 단일 로브와 다른 오비탈의 단일 로브의 중첩을 포함하는 결합 상호작용을 설명하기 위해 확장됩니다.예를 들어, 프로판은 두 개의 C-C 결합에 대해 각각 하나씩, 여덟 개의 C-H 결합에 대해 각각 하나씩, 10개의 시그마 결합으로 구성된 것으로 설명됩니다.

다중결합복합체

다이수소 복합체와 같이 다수의 결합을 특징으로 하는 전이 금속 복합체는 다수의 결합된 원자들 사이에 시그마 결합을 가지고 있습니다.이러한 시그마 결합은 W(CO)(PCY)(H)의 경우와 같이 π-백 공여와 같은 다른 결합 상호 작용과 크롬()의 경우와 같이 δ-결합으로도 보충할 수 있습니다.II)[4] 초산염

유기 분자

유기 분자는 벤젠과 같은 하나 이상의 고리를 포함하는 고리형 화합물이며, 종종 파이 결합과 함께 많은 시그마 결합으로 구성됩니다.시그마 결합 법칙에 따르면, 분자 내 시그마 결합의 수는 원자의 수에 고리의 수에서 1을 뺀 수와 같습니다.

N = N + N - 1

이 규칙은 분자를 나타내는 그래프의 오일러 특성의 특수한 경우 적용입니다.

고리가 없는 분자는 원자 수에서 1을 뺀 것과 같은 수의 결합을 가진 나무로 나타낼 수 있습니다(이수소, H처럼2 시그마 결합이 하나만 있는 경우 또는 암모니아, NH는3 3 시그마 결합이 있는 경우).두 원자 사이에는 1개 이상의 시그마 결합이 존재하지 않습니다.

고리를 가진 분자는 6개의 탄소 원자에 대해 고리 내에 6개의 C-C 시그마 결합을 가진 벤젠 고리와 같은 추가적인 시그마 결합을 가지고 있습니다.안트라센 분자인 CH는 세 개의 고리를 가지고 있어서 규칙은 시그마 결합의 수를 24 + 3 - 1 = 26으로 줍니다.이 경우 C-C 시그마 결합은 16개, C-H 결합은 10개입니다.

이 규칙은 종이 위에 납작하게 그려졌을 때 실제로 가지고 있는 것과 다른 개수의 고리를 가진 분자의 경우 실패합니다. 예를 들어 32개의 고리, 60개의 원자, 90개의 시그마 결합을 가진 Buckminsterfullerene, C는 각 결합 원자 쌍마다 하나씩 있지만, 90이 아닌 60 + 32 - 1 = 91입니다.이것은 시그마 규칙이 오일러 특성의 특별한 경우이기 때문인데, 각 고리는 면으로 간주되고 각 시그마 결합은 간선으로, 각 원자는 정점으로 간주됩니다.일반적으로, 어떤 고리 내부가 아닌 공간에 하나의 추가 면이 할당되지만, 벅민스터플러렌이 교차 없이 평평하게 그려질 때, 고리들 중 하나는 오각형의 바깥쪽을 구성합니다.이 규칙은 다른 모양을 고려할 때 더 실패합니다 - 토로이드 풀러렌은 분자의 시그마 결합의 수가 정확히 원자의 수에 고리의 수를 더한 것이라는 규칙을 따를 것이고, 나노튜브는 끝에서 하나를 보는 것처럼 평평하게 그려질 때 중간에 얼굴이 있을 것입니다.고리가 아닌 나노튜브의 맨 끝에 해당하며, 바깥쪽에 해당하는 얼굴.

참고 항목

참고문헌

  1. ^ Moore, John; Stanitski, Conrad L.; Jurs, Peter C. (2009-01-21). Principles of Chemistry: The Molecular Science. ISBN 9780495390794.
  2. ^ Clayden, Jonathan; Greeves, Nick; Warren, Stuart (March 2012) [2002]. Organic Chemistry (2nd ed.). Oxford: OUP Oxford. pp. 101–136. ISBN 978-0199270293.
  3. ^ Keeler, James; Wothers, Peter (May 2008). Chemical Structure and Reactivity (1st ed.). Oxford: OUP Oxford. pp. 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.

외부 링크