Der Hauptunterschied zwischen Sigma- und Pi-Molekülorbitalen besteht darin, dass sich Sigma-Molekülorbitale aus der Überlappung von Atomorbitalen in einer Kopf-an-Kopf-Richtung entlang der Kernachse bilden, während sich Pi-Molekülorbitale aus der Überlappung von Atomorbitalen bilden in paralleler Richtung.
Sigma- und Pi-Molekülorbitale sind zwei Arten von Molekülorbitalen, die zur tatsächlichen Struktur einer chemischen Verbindung beitragen. Die Molekülorbitale sind für die Bildung von Einfach- bzw. Doppel- bzw. Dreifachbindungen verantwortlich.
Was sind Molekülorbitale?
Atome verbinden sich zu Molekülen. Wenn sich zwei Atome näher zusammenrücken, um ein Molekül zu bilden, überlappen sich Atomorbitale und verbinden sich zu Molekülorbitalen. Die Anzahl der neu gebildeten Molekülorbitale ist gleich der Anzahl der kombinierten Atomorbitale. Darüber hinaus umgibt das Molekülorbital die beiden Kerne der Atome, und Elektronen können sich um beide Kerne bewegen. Ähnlich wie Atomorbitale enth alten Molekülorbitale maximal 2 Elektronen, die entgegengesetzte Spins haben.
Darüber hinaus gibt es zwei Arten von Molekülorbitalen als bindende Molekülorbitale und antibindende Molekülorbitale. Bindende Molekülorbitale enth alten Elektronen im Grundzustand, während antibindende Molekülorbitale keine Elektronen im Grundzustand enth alten. Außerdem können Elektronen antibindende Orbitale besetzen, wenn sich das Molekül in einem angeregten Zustand befindet.
Was sind Sigma-Molekülorbitale?
Sigma-Molekülorbitale sind Arten von Hybridorbitalen, die sich aus der Überlappung zweier Atomorbitale von Kopf zu Kopf entlang der Kernachse bilden. Typischerweise ist die erste kovalente Bindung zwischen zwei Atomen immer eine Sigma-Bindung. Die Überlappung zweier Atomorbitale in der Achse zwischen den Kernen bildet eine kovalente Sigma-Bindung. In einem Sigma-Molekülorbital ist die Elektronendichte in der Mitte des Molekülorbitals hoch, wenn die beiden Atome, deren Atomorbitale sich überlappen, identisch sind.
Abbildung 01: Wasserstoffmolekül
Wenn man Wasserstoff als Beispiel betrachtet, bildet sich das Sigma-Molekülorbital aus der Überlappung von zwei 1s-Atomorbitalen, die von jedem Wasserstoffatom kommen. Wir können diese Sigma-Bindung mit σ abkürzen. Hier tritt die gemeinsame Elektronendichte direkt zwischen den Bindungsatomen entlang der Bindungsachse auf. Dies führt zu einer stabileren Wechselwirkung zwischen zwei gebundenen Atomen zusammen mit den Bindungselektronen im Vergleich zur Stabilität der getrennten Atome. Typischerweise ist eine Sigma-Bindung die erste Bindung, die sich zwischen zwei Atomen bildet.
Was sind Pi-Molekülorbitale?
Pi-Molekülorbitale sind Arten von Hybridorbitalen, die sich aus der Überlappung zweier Atomorbitale in paralleler Richtung bilden. Hier tritt die Bindungselektronendichte oberhalb und unterhalb der Kernachse auf. Außerdem können wir keine Elektronen an der Bindungsachse beobachten. Diese Art der Wechselwirkung zwischen zwei Atomen bildet eine stabilere Anordnung als die Stabilität getrennter freier Atome. Normalerweise neigen Elektronen dazu, diese Art von Molekülorbitalen zu besetzen, wenn genügend Elektronen in den Atomen vorhanden sind. Pi-Molekülorbitale bilden sich immer als zweite oder dritte Molekülorbitalbildung in Bezug auf die Bindung zweier Atome, da das Sigma-Molekülorbital die erste Molekülbindung ist, die sich zwischen zwei Atomen bildet.
Abbildung 02: Pi-Molekülorbitale
Außerdem ist die Anzahl der Atome, die zu einem p-Atomorbital des Pi-Systems beitragen, immer gleich der Anzahl der in einer chemischen Bindung vorhandenen Pi-Molekülorbitale. Typischerweise hat das niedrigste Pi-Molekülorbital null vertikale Knoten. Hier erh alten die aufeinanderfolgenden Pi-Molekülorbitale bei Erhöhung der Energie einen zusätzlichen vertikalen Knoten. Wir können ein Pi-Molekülorbital mit π abkürzen.
Was ist der Unterschied zwischen Sigma- und Pi-Molekülorbitalen?
Sigma- und Pi-Molekülorbitale sind zwei Arten von Molekülorbitalen, die zur tatsächlichen Struktur einer chemischen Verbindung beitragen. Der Hauptunterschied zwischen Sigma- und Pi-Molekülorbitalen besteht darin, dass sich Sigma-Molekülorbitale aus der Überlappung von Atomorbitalen in einer Kopf-an-Kopf-Richtung entlang der Kernachse bilden, während sich Pi-Molekülorbitale aus der Überlappung von Atomorbitalen in einer parallelen Richtung bilden.
Die folgende Infografik listet die Unterschiede zwischen Sigma- und Pi-Molekülorbitalen in tabellarischer Form zum direkten Vergleich auf.
Zusammenfassung – Sigma vs. Pi-Molekülorbitale
Ein Molekülorbital ist eine Art Orbital, das sich aus der Überlappung von Atomorbitalen bildet. Der Hauptunterschied zwischen Sigma- und Pi-Molekülorbitalen besteht darin, dass sich Sigma-Molekülorbitale aus der Überlappung von Atomorbitalen in einer Kopf-an-Kopf-Richtung entlang der Kernachse bilden, während sich Pi-Molekülorbitale aus der Überlappung von Atomorbitalen in einer parallelen Richtung bilden.
