Номер 2, страница 21 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

2. В чём различие между $\sigma$-связью и $\pi$-связью?

Решение

$ \sigma $-связь и $ \pi $-связь — это два основных типа ковалентных связей, которые образуются в результате перекрывания атомных орбиталей. Их главное различие заключается в способе перекрывания этих орбиталей и, как следствие, в геометрии и свойствах образующейся связи.

$ \sigma $-связь (сигма-связь)

Сигма-связь образуется при "лобовом" перекрывании атомных орбиталей вдоль линии, соединяющей ядра связываемых атомов (межъядерной оси). Электронная плотность при этом концентрируется непосредственно между ядрами.

Она может формироваться в результате перекрывания:

1. Двух $s$-орбиталей (например, в молекуле $H_2$).

2. Одной $s$- и одной $p$-орбитали (например, в молекуле $HCl$).

3. Двух $p$-орбиталей, ориентированных вдоль оси связи (например, в молекуле $F_2$).

Ключевые характеристики $ \sigma $-связи:

• Это самый прочный тип ковалентной связи, так как перекрывание орбиталей максимально.
• Она обладает осевой симметрией, что означает возможность свободного вращения атомов вокруг оси связи без её разрыва.
• Любая одинарная связь всегда является $ \sigma $-связью. В двойных и тройных связях также всегда присутствует одна $ \sigma $-связь.

Ответ: $ \sigma $-связь — это прочная ковалентная связь, образованная осевым ("лобовым") перекрыванием атомных орбиталей с концентрацией электронной плотности на линии, соединяющей ядра.

$ \pi $-связь (пи-связь)

Пи-связь образуется при "боковом" перекрывании негибридных $p$-орбиталей (или $d$-орбиталей), оси которых параллельны друг другу и перпендикулярны линии, соединяющей ядра.

В результате такого перекрывания образуются две области повышенной электронной плотности, расположенные по обе стороны от межъядерной оси (над и под плоскостью $ \sigma $-связи).

Ключевые характеристики $ \pi $-связи:

• Она слабее, чем $ \sigma $-связь, поскольку боковое перекрывание орбиталей менее эффективно, чем лобовое.
• Она не существует самостоятельно, а образуется только в дополнение к $ \sigma $-связи, формируя кратные связи: двойная связь состоит из одной $ \sigma $- и одной $ \pi $-связи, а тройная — из одной $ \sigma $- и двух $ \pi $-связей.
• Наличие $ \pi $-связи делает невозможным свободное вращение атомов вокруг оси связи, так как это привело бы к разрыву $ \pi $-связи. Это является причиной существования цис-транс-изомерии у алкенов.

Ответ: $ \pi $-связь — это менее прочная ковалентная связь, образованная боковым перекрыванием $p$-орбиталей, с электронной плотностью, расположенной над и под плоскостью $ \sigma $-связи.

Основные различия обобщённо:

1. Способ образования: $ \sigma $-связь — лобовое перекрывание, $ \pi $-связь — боковое.

2. Участвующие орбитали: $ \sigma $-связь может быть образована $s$-, $p$- и гибридными орбиталями. $ \pi $-связь образуется, как правило, негибридными $p$-орбиталями.

3. Расположение электронной плотности: у $ \sigma $-связи — на межъядерной оси; у $ \pi $-связи — над и под межъядерной осью.

4. Прочность: $ \sigma $-связь значительно прочнее $ \pi $-связи.

5. Вращение вокруг связи: вокруг одинарной $ \sigma $-связи вращение свободное; наличие $ \pi $-связи блокирует свободное вращение.

6. Наличие в молекулах: $ \sigma $-связь есть в любой ковалентной связи. $ \pi $-связь присутствует только в кратных (двойных и тройных) связях.

Ответ: Главные различия между $ \sigma $- и $ \pi $-связями заключаются в способе перекрывания орбиталей (осевое против бокового), что определяет их прочность ( $ \sigma $ > $ \pi $ ), геометрию расположения электронной плотности и возможность свободного вращения атомов вокруг связи.