Пи-связь

Рис.1.Пи-связь в молекуле этилена

Рис.2.Пи-связи в молекуле ацетилена

Рис.3.π-связи в молекуле бензола

Пи-связь (π-связь) — ковалентная связь, образующаяся перекрыванием p-атомных орбиталей. В отличие от сигма-связи, осуществляемой перекрыванием s-атомных орбиталей вдоль линии соединения атомов, пи-связи, возникают при перекрывании p-атомных орбиталей по обе стороны от линии соединения атомов. Считается, что пи-связь реализуется в кратных связях — двойная связь состоит из одной сигма- и одной пи-связи, тройная — из одной сигма- и двух ортогональных пи-связей.^[1]

Концепцию сигма- и пи-связей разработал Лайнус Полинг в 30-х годах прошлого века^[2]. Один s- и три p- валентных электрона атома углерода подвергаются гибридизации и становятся четырьмя равноценными sp³ гибридизированными электронами, посредством которых образуются четыре равноценные химические связи в молекуле метана. Все связи в молекуле метана равноудалены друг от друга, образуя конфигурацию тетраэдра.

В случае образования двойной связи, сигма-связи образованы sp² гибридизированными орбиталями. Общее количество таких связей у атома углерода три и они расположены в одной плоскости. Угол между связями 120 °. Пи-связь располагается перпендикулярно указанной плоскости (рис.1).

В случае образования тройной связи, сигма-связи образованы sp-гибридизрованными орбиталями. Общее количество таких связей у атома углерода две и они находятся под углом 180° друг к другу. Две пи-связи тройной связи взаимно перпендикулярны (рис.2).

В случае образования ароматической системы, например, бензола C₆H₆, каждый из шести атомов углерода находится в состоянии sp² — гибридизации и образует три сигма-связи с валентными углами 120 °. Четвёртый p-электрон каждого атома углерода ориентируется перпендикулярно к плоскости бензольного кольца (рис.3.). В целом возникает единая связь, распространяющаяся на все атомы углерода бензольного кольц. Образуются две области пи-связей большой электронной плотности по обе стороны от плоскости сигма-связей. При такой связи все атомы углерода в молекуле бензола становятся равноценными и, следовательно, подобная система более устойчива, чем система с тремя локализованными двойными связями. Нелокализованная пи-связь в молекуле бензола обусловливает повышение порядка связи между атомами углерода и уменьшение межъядерного расстояния, то есть длина химической связи d_cc в молекуле бензола составляет 1,39 Å, тогда как d_C-C = 1,543 Å, а d_C=C = 1,353 Å.^[3]

Концепция Л.Полинга сигма- и пи-связей вошла составной частью в теорию валентных связей. В настоящее время разработаны анимированные изображения гибридизации атомных орбиталей.

Однако сам Л.Полинг не был удовлетворён описанием сигма- и пи-связей. На симпозиуме по теоретической органической химии, посвящённой памяти Ф. А. Кекуле (Лондон, сентябрь 1958 г.) он отказался от σ, π-описания, предложил и обосновал теорию изогнутой химической связи^[4]. Новая теория чётко учитывала физический смысл ковалентной химической связи, а именно кулоновскую электронную корреляцию.

Примечания

1. ↑ Химический энциклопедический словарь / гл. ред. И.Л.Кнунянц. — М.: Сов. энциклопедия, 1983. — С. 281. — 792 с.
2. ↑ Паулинг Л. Природа химической связи / под ред. Я.К.Сыркина. — М.-Л.: Изд. химической литературы, 1947. — 440 с.
3. ↑ Ахметов Н.С. Неорганическая химия. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1975. — С. 74. — 672 с.
4. ↑ Теоретическая органическая химия / под ред. Р.Х.Фрейдлиной. — 3-е изд., испр. и доп. — М.: Изд. иностранной литературы, 1963. — С. 7-16. — 366 с.

См. также

• Сигма-связь
• Химическая связь
• Ковалентная связь
• Гибридизация (химия)
• Теория изогнутой химической связи
• Теория валентных связей
• Кулоновская электронная корреляция