Avainero sigma- ja pi-molekyyliratojen välillä on, että sigma-molekyylikiertorata muodostuu atomikiertoratojen päällekkäisyydestä ytimien välistä akselia pitkin, kun taas pi-molekyyliradat muodostuvat atomiratojen limittymisestä yhdensuuntaiseen suuntaan.
Sigma- ja pi-molekyyliorbitaalit ovat kahden tyyppisiä molekyyliratoja, jotka vaikuttavat kemiallisen yhdisteen todelliseen rakenteeseen. Molekyyliorbitaalit ovat vastuussa yksittäisten ja kaksois- tai kolmoissidosten muodostumisesta, vastaavasti.
Mitä ovat molekyyliradat?
Atomit liittyvät yhteen muodostaen molekyylejä. Kun kaksi atomia siirtyvät lähemmäksi toisiaan muodostaen molekyylin, atomiorbitaalit menevät päällekkäin ja yhdistyvät molekyyliorbitaaleiksi. Uusien molekyyliratojen lukumäärä on yhtä suuri kuin yhdistettyjen atomiorbitaalien lukumäärä. Lisäksi molekyylirata ympäröi atomien kahta ydintä, ja elektronit voivat liikkua molempien ytimien ympärillä. Samoin kuin atomiorbitaalit, molekyyliorbitaalit sisältävät enintään 2 elektronia, joilla on vastakkaiset spinit.
Lisäksi on olemassa kahden tyyppisiä molekyyliorbitaaleja, jotka ovat sidosmolekyyliorbitaaleja ja sitovia molekyyliorbitaaleja. Sitoutuvat molekyyliorbitaalit sisältävät elektroneja perustilassa, kun taas sidostavat molekyyliradat eivät sisällä elektroneja perustilassa. Lisäksi elektronit voivat miehittää sidoskiertoradat, jos molekyyli on virittyneessä tilassa.
Mitä Sigma Molecular Orbitaalit ovat?
Sigma-molekyyliorbitaalit ovat hybridiorbitaalien tyyppejä, jotka muodostuvat kahden atomiorbitaalin päällekkäisyydestä ytimen välistä akselia pitkin. Tyypillisesti ensimmäinen kovalenttinen sidos kahden atomin välillä on aina sigmasidos. Kahden atomiorbitaalin limittyminen ytimien välisellä akselilla muodostaa sigma-kovalenttisen sidoksen. Sigma-molekyyliradalla elektronitiheys molekyyliradan keskellä on korkea, jos kaksi atomia, joista atomiradat limittyvät, ovat identtisiä.
Kuva 01: Vetymolekyyli
Kun tarkastellaan vetyä esimerkkinä, sigma-molekyylikiertorata muodostuu kustakin vetyatomista tulevien kahden 1s-atomiorbitaalin päällekkäisyydestä. Voimme lyhentää tämän sigmasidoksen muodossa σ. Tässä jaettu elektronitiheys esiintyy suoraan sitoutuvien atomien välillä sidosakselilla. Tämä tekee stabiilimman vuorovaikutuksen kahden sitoutuneen atomin ja sitoutuvien elektronien välillä verrattuna erillisten atomien stabiilisuuteen. Tyypillisesti sigma-sidos on ensimmäinen sidos, joka muodostuu kahden atomin välille.
Mitä Pi-molekyyliradat ovat?
Pi-molekyyliorbitaalit ovat hybridiorbitaalien tyyppejä, jotka muodostuvat kahden atomiorbitaalin limittymisestä rinnakkain. Tässä sidoselektronitiheys esiintyy ytimien välisen akselin ylä- ja alapuolella. Lisäksi emme voi havaita elektroneja sidosakselilla. Tämäntyyppinen kahden atomin välinen vuorovaikutus muodostaa stabiilimman järjestelyn kuin erotettujen vapaiden atomien stabiilius. Yleensä elektroneilla on taipumus miehittää tämän tyyppisiä molekyylikiertoradoja, kun atomeissa on riittävästi elektroneja. Pi-molekyyliorbitaalit muodostuvat aina toisena tai kolmantena molekyyliorbitaalina kahden atomin sitoutumisen suhteen, koska sigma-molekyyliorbitaali on ensimmäinen molekyylisidos, joka muodostuu kahden atomin välille.
Kuva 02: Pi-molekyyliorbitaalit
Lisäksi pi-järjestelmän p-atomiorbitaaliin vaikuttavien atomien lukumäärä on aina yhtä suuri kuin kemiallisessa sidoksessa olevien pi-molekyyliorbitaalien lukumäärä. Tyypillisesti alimmalla pi-molekyyliradalla ei ole pystysuoraa solmua. Tässä peräkkäiset pi-molekyyliorbitaalit saavat yhden ylimääräisen pystysuoran solmun energiaa lisäämällä. Voimme lyhentää pi-molekyyliorbitaalia muodossa π.
Mitä eroa Sigma- ja Pi-molekyyliradalla on?
Sigma- ja pi-molekyyliorbitaalit ovat kahden tyyppisiä molekyyliratoja, jotka vaikuttavat kemiallisen yhdisteen todelliseen rakenteeseen. Keskeinen ero sigma- ja pi-molekyyliratojen välillä on se, että sigma-molekyylikiertorata muodostuu atomiorbitaalien päällekkäisyydestä pää-pää-suunnassa ytimien välistä akselia pitkin, kun taas pi-molekyyliradat muodostuvat atomiorbitaalien päällekkäisyydestä rinnakkaisessa suunnassa.
Seuraava infografiikka luettelee sigma- ja pi-molekyyliorbitaalien väliset erot taulukkomuodossa vierekkäin vertailua varten.
Yhteenveto – Sigma vs Pi-molekyyliorbitaalit
Molekyyliorbitaali on eräänlainen kiertorata, joka muodostuu atomiratojen päällekkäisyydestä. Keskeinen ero sigma- ja pi-molekyyliratojen välillä on se, että sigma-molekyylikiertorata muodostuu atomiorbitaalien päällekkäisyydestä pää-pää-suunnassa ytimien välistä akselia pitkin, kun taas pi-molekyyliradat muodostuvat atomiorbitaalien päällekkäisyydestä rinnakkaisessa suunnassa.
