วิธีกำหนดพันธะ ∏ (Pi) ในวิชาเคมี

พันธะ Pi หรือพันธะ ∏ เป็นพันธะโควาเลนต์ประเภทหนึ่งที่อะตอมที่อยู่ใกล้เคียงสองอะตอมใช้อิเล็กตรอนคู่ร่วมกันผ่านออร์บิทัลของอะตอมที่ขนานกัน ในกรณีส่วนใหญ่ ออร์บิทัลทั้งสองที่เกี่ยวข้องคือp ออร์บิทัล แต่พันธะ pi สามารถก่อตัวขึ้นระหว่างออร์บิทัล d สองออร์ บิทัล หรือแม้แต่ระหว่างpและd ออร์บิทัล

ซึ่งแตกต่างจากพันธะ σ (ซิกมา) ซึ่งออร์บิทัลของอะตอมซ้อนทับกันทางด้านหน้า ในพันธะ pi ออร์บิทัลจะเหลื่อมกันทางด้านข้าง ทำให้เกิดพันธะและออร์บิทัล pi ที่ต้านพันธะ ในพันธะประเภทนี้ มีอิเลคตรอนสองตัวที่ครอบครองพันธะไพออร์บิทัล อิเล็กตรอนทั้งสองสามารถมาจากหนึ่งในสองอะตอม หรือแต่ละอะตอมสามารถให้อิเล็กตรอนที่ไม่เข้าคู่ได้ เรียกอิเล็กตรอนเหล่านี้ว่า π อิเล็กตรอน

วงโคจรพันธะของพันธะ pi มีสองแฉกที่ขยายระหว่างอะตอมที่ถูกพันธะ โดยอันหนึ่งอยู่ด้านบนและอีกอันอยู่ด้านล่างในระนาบที่ตั้งฉากกับออร์บิทัลของอะตอมเดิม

สาเหตุที่เรียกว่าพันธะ ∏ (ซึ่งเป็นตัวอักษร p ในอักษรกรีก) ก็เพราะว่าเมื่อดูพันธะนี้ตามแกนที่เชื่อมระหว่างอะตอมทั้งสอง แฉกทั้งสองของออร์บิทัล ∏ มีลักษณะคล้ายกับรูปร่างของออร์บิทัลอะตอม p .

ลิงก์ Pi มีอยู่ในมัลติลิงก์เสมอ ในสารประกอบอินทรีย์เมื่อใดก็ตามที่คุณมีพันธะคู่หรือพันธะสาม คุณจะมีพันธะซิกมา และส่วนที่เหลือจะเป็นพันธะไพ ตัวอย่างเช่น ในพันธะสามมีพันธะซิกมาหนึ่งพันธะและพันธะพายสองพันธะที่เกิดจากการซ้อนทับกันระหว่างออร์บิทัล p _และ yp _zของหนึ่งในอะตอมที่มีออร์บิทัล p _และ yp _zของอีกอะตอมตามลำดับ

ลักษณะของการเชื่อมโยงปี่

พวกมันอ่อนแอกว่าพันธะซิกมา

ความจริงที่ว่าออร์บิทัลที่ก่อตัวเป็นพันธะไพนั้นเหลื่อมกันทางด้านข้างแทนที่จะเป็นการเผชิญหน้ากัน ทำให้การเหลื่อมกันนั้นอ่อนแอ นอกจากนี้ ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในวงโคจรวงไพยังอยู่ห่างจากนิวเคลียสของอะตอมที่ถูกยึดเหนี่ยวโดยเฉลี่ย ด้วยเหตุผลสองประการนี้ ลิงก์เหล่านี้อ่อนแอกว่าและพังง่ายกว่าลิงก์ซิกมา

หมายเหตุ:การที่พันธะนี้อ่อนแอกว่าพันธะซิกมาไม่ได้หมายความว่าพันธะคู่จะอ่อนแอกว่าพันธะเดี่ยว ในความเป็นจริง สิ่งที่ตรงกันข้ามคือความจริง เนื่องจากในการทำลายพันธะคู่ พันธะทั้งซิกมาและไพจะต้องถูกทำลาย

เป็นลิงค์ที่เข้มงวด

เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการก่อตัวของพันธะประเภท นี้คือ อะตอมที่อยู่ติดกันมีออร์บิทัลที่ขนานกัน ไม่ว่าจะเป็นpหรือd ออร์บิทัล การหมุนพันธะรอบแกนจะทำให้ออร์บิทัลของอะตอมไม่อยู่ในโครงแบบคู่ขนานอีกต่อไป ซึ่งจะทำให้พันธะหลุดออก ด้วยเหตุนี้จึงเป็นเรื่องยากมากที่จะหมุนหรืองอลิงก์เหล่านี้โดยไม่ทำลาย สิ่งนี้ทำให้ลิงก์ pi แข็งมากเมื่อเทียบกับลิงก์ธรรมดาซึ่งมีอิสระในการหมุนและค่อนข้างยืดหยุ่น

สามารถผันกับลิงก์ pi อื่น ๆ ได้

ถ้าอะตอมสองอะตอมมีพันธะพายระหว่างอะตอมทั้งสองและมีอะตอมที่อยู่ติดกันอื่นๆ ที่มีออร์บิทัล p ที่ขนานกับออร์บิทัลตัวแรก การซ้อนทับกันของออร์บิทัลเหล่านี้ก่อให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าระบบคอนจูเกตไพ ในระบบเหล่านี้ อิเล็กตรอน pi มีอิสระที่จะเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ แทนที่จะถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในพื้นที่เดียว ด้วยเหตุนี้จึงกล่าวได้ว่าอิเล็กตรอนเหล่านี้ถูกแยกออกจากกัน

ตัวอย่างสารประกอบที่มีพันธะ Pi

มีตัวอย่างสารประกอบที่มีพันธะโควาเลนต์ประเภท นี้มากมายนับไม่ถ้วน ด้านล่างนี้คือตัวอย่างบางส่วนที่บ่งบอกถึงออร์บิทัลของอะตอมที่ทับซ้อนกันเพื่อสร้างพันธะแต่ละอัน

ตัวอย่างที่ 1: เอทิลีน (C ₂ H ₄ )

ในเอทิลีนหรือเอทิลีนเป็นอัลคีนที่มีพันธะคู่ระหว่างคาร์บอนกับคาร์บอน พันธะคู่นี้เกิดจากพันธะซิกมาและพันธะไพระหว่างสอง อะตอมของคาร์บอนผสมsp ² พันธะ pi ก่อตัวขึ้นระหว่างออร์บิทัล p _z สอง ตัวของอะตอมคาร์บอน ดังนั้นมันจึงเป็นพันธะ π _pz-pz

ตัวอย่างที่ 2: คาร์บอนไดออกไซด์ (CO ₂ )

ในกรณีของคาร์บอนไดออกไซด์ออกซิเจนทั้งสองจะถูกไฮบริไดซ์ sp ²ในขณะที่อะตอมของคาร์บอนกลางถูกไฮบริไดซ์ sp ทำให้เหลือ p ออร์บิทัลบริสุทธิ์ 2 อัน คือ p y _และ p _z

คาร์บอนจึงสร้างพันธะไพสองพันธะ พันธะหนึ่งกับออกซิเจน และอีกพันธะหนึ่งกับอีกพันธะหนึ่ง อันแรกจะเป็นพันธะ π pz _-pzและอีกอันคือ π _py-pz พันธะ pi ทั้งสองอยู่ในระนาบที่ตั้งฉากกัน เนื่องจากออร์บิทัล p _และ p _zตั้งฉากกัน

ตัวอย่างที่ 3: โพรเพนไนไตรล์ (CH ₃ CH ₂ CN)

สารประกอบนี้มีพันธะสามของ CN ในกรณีนี้ พันธะสามสามารถคิดได้ว่าเป็นพันธะซิกมาหนึ่งพันธะและพันธะพายที่ตั้งฉากกันสองพันธะระหว่างคาร์บอนและไนโตรเจน ทั้งคาร์บอนและไนโตรเจนนำเสนอการผสมพันธุ์แบบ sp ทำให้วงโคจร p _และ yp _z เป็นอิสระ ซึ่งก่อตัวเป็นพันธะ pi ทั้งสอง

ควรสังเกตว่า ในกรณีของพันธะสาม แทนที่จะเป็นแฉกสองคู่ที่ด้านใดด้านหนึ่งของพันธะซิกมา พันธะไพทั้งสองจะรวมกันเป็นกลีบทรงกระบอกเดียวที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนซึ่งมีศูนย์กลางโดยมีแกนที่เชื่อมทั้งสองเข้าด้วยกัน อะตอม