シグマボンド：それが形成される方法、特性および例 - 化学

シグマ結合（σとして表される）結合を前記形状に原子の対の間に発生する二つの電子を共有することを特徴とする共有型の結合です。また、これは一種の単結合であり、両方の原子が2つの電子によって結合されて単結合を形成します。

2つ以上の原子が結合して新しい分子化合物が生じる場合、それらは2つのタイプの結合によって結合されます。イオン結合と共有結合であり、その構造は、この結合に関与する2つの原子間で電子が共有される方法に依存します。

電子を介して生成された接続は、各原子に（それらの端で）属している軌道のオーバーラップのおかげで実行され、原子内で電子を配置する可能性が最も高く、以下によって定義される空間を軌道として理解します。電子密度。

それはどのように形成されますか？

通常、2つの原子間の単結合は、シグマのような単結合と同等であることが知られています。

同様に、これらの結合は、2つの異なる原子の原子軌道の端の間で発生する正面での重ね合わせまたは重なりによって発生します。

軌道が重なるこれらの原子は、各原子軌道に属する個々の電子が効果的に結合して結合を形成できるように、互いに隣接している必要があります。

これは、それ自体を表す電子分布または各重ね合わせからの電子密度の位置が、2つのリンクされた原子種の間に発生する軸の周りに円柱対称性を持っているという事実の根拠です。

この場合、いわゆるシグマ軌道は、2原子分子内で形成される分子内結合の観点からより簡単に表現でき、いくつかの種類のシグマ結合も存在することに注意してください。

最も一般的に観察されるシグマ結合のタイプは次のとおりです_。dz² + d _z²、s + p _z、p _z + p _z、およびs + s。ここで、下付き文字zは、形成された結合によって構成される軸を表し、各文字（s、p、d）は軌道に対応します。

分子軌道について言及するときは、原子軌道の組み合わせによって得られる、このタイプの結合が異なる分子間で形成されたときに最高の電子密度を蓄積する領域を参照します。

量子力学の観点から、対称的に等しい振る舞いを示す分子型の軌道は実際には混合（ハイブリダイゼーション）で結合されていることが研究によって推測されています。

ただし、この軌道の組み合わせの重要性は、対称的に類似している分子型軌道が示す相対エネルギーと密接に関連しています。

有機分子の場合、1つ以上の環状構造からなる環状種が頻繁に観察されます。これは、多数のシグマ型結合とpi型結合（多重結合）で構成されることが多いです。

実際、単純な数学的計算を使用して、分子種に存在するシグマ結合の数を決定することが可能です。

配位化合物（遷移金属を含む）の場合もあり、複数の結合がさまざまな種類の結合相互作用と組み合わされている場合や、さまざまな種類の原子で構成される分子（多原子）がある場合もあります。

シグマ結合には、他のタイプの共有結合（pi結合）と明確に区別する独自の特性があります。このタイプの結合は、共有結合クラスの化学結合の中で最も強いという事実です。

これは、軌道間のオーバーラップが直接、同軸（または線形）および正面で発生するためです。つまり、軌道間の最大の重なりが得られます。

さらに、これらの接合部での電子分布は、主に結合される原子種の核間に集中しています。

このシグマ軌道の重なりは、3つの可能な方法で発生します。1組の純粋な軌道（ss）間、1組の純粋な軌道とハイブリッド型（s-sp）の間、または1組のハイブリッド型軌道（sp ³ -sp ^3））。

ハイブリダイゼーションは、異なるクラスの原子起源の軌道の混合のおかげで発生し、結果の混成軌道は、最初の純粋な軌道タイプのそれぞれの量に依存することがわかります（たとえば、sp ³ =純粋なs +軌道） 3つの純粋なp型軌道）。

これに加えて、シグマ結合は独立して存在することができ、1対の原子間の自由な回転運動を可能にします。

共有結合は原子間の最も一般的な種類の結合であるため、以下に示すように、シグマ結合は多数の化学種に見られます。

水素（H ₂）、酸素（O ₂）、窒素（N ₂）などの2原子気体分子では、原子の混成に応じてさまざまな種類の結合が発生します。

水素の場合、各原子がその唯一の電子に寄与するため、両方の原子を結合する単一のシグマ結合（H – H）があります。

一方、分子状酸素では、両方の原子が二重結合（O = O）（つまり、シグマ結合）とpi結合で結合され、各原子の残りの3対の電子が対になります。

代わりに、各窒素原子は最も外側のエネルギーレベル（価電子シェル）に5つの電子を持っているため、それらは三重結合（N≡N）によって結合されます。これは、シグマ結合と2つのpi結合と各原子の対になった電子のペア。

同様に、単結合または多重結合を持つ環状タイプの化合物や、共有結合で構成されているすべてのタイプの分子で発生します。