En química , los enlaces sigma ( enlaces σ ) son el tipo más fuerte de enlace químico covalente . [1] Se forman por superposición frontal entre orbitales atómicos . El enlace sigma se define de forma más sencilla para moléculas diatómicas utilizando el lenguaje y las herramientas de los grupos de simetría . En este enfoque formal, un enlace σ es simétrico con respecto a la rotación alrededor del eje del enlace. Según esta definición, las formas comunes de enlaces sigma son s+s, p z +p z , s+p z y d z 2 +d z 2 (donde z se define como el eje del enlace o el eje internuclear). [2] La teoría cuántica también indica que los orbitales moleculares (MO) de simetría idéntica en realidad se mezclan o hibridan . Como consecuencia práctica de esta mezcla de moléculas diatómicas, los orbitales moleculares de las funciones de onda s+s y pz + pz se mezclan. El alcance de esta mezcla (o hibridación o combinación) depende de las energías relativas de los OM de simetría similar.
Para las homodiatómicas ( moléculas diatómicas homonucleares ), los orbitales σ enlazantes no tienen planos nodales en los que la función de onda sea cero, ya sea entre los átomos enlazados o pasando a través de los átomos enlazados. El antienlazante correspondiente , u orbital σ*, se define por la presencia de un plano nodal entre los dos átomos enlazados.
Los enlaces sigma son el tipo más fuerte de enlaces covalentes debido a la superposición directa de orbitales, y los electrones en estos enlaces a veces se denominan electrones sigma. [3]
El símbolo σ es la letra griega sigma . Cuando se ve hacia abajo desde el eje del enlace, un σ MO tiene una simetría circular , por lo que se asemeja a un orbital atómico "s" que suena similar .
Normalmente, un enlace simple es un enlace sigma, mientras que un enlace múltiple se compone de un enlace sigma junto con pi u otros enlaces. Un doble enlace tiene un enlace sigma más un enlace pi , y un enlace triple tiene un enlace sigma más dos enlaces pi.
Los enlaces sigma se obtienen mediante la superposición frontal de orbitales atómicos. El concepto de enlace sigma se amplía para describir interacciones de enlace que implican la superposición de un solo lóbulo de un orbital con un solo lóbulo de otro. Por ejemplo, se describe que el propano consta de diez enlaces sigma, uno para cada uno de los dos enlaces C-C y uno para cada uno de los ocho enlaces C-H.
Los complejos de metales de transición que presentan enlaces múltiples, como el complejo de dihidrógeno , tienen enlaces sigma entre los múltiples átomos unidos. Estos enlaces sigma pueden complementarse con otras interacciones enlazantes, como la donación π-back , como en el caso de W(CO) 3 ( PCy 3 ) 2 (H2 ) , e incluso enlaces δ, como en el caso del cromo. (II) acetato . [4]
Las moléculas orgánicas suelen ser compuestos cíclicos que contienen uno o más anillos, como el benceno , y suelen estar formadas por muchos enlaces sigma junto con enlaces pi. Según la regla de los enlaces sigma , el número de enlaces sigma en una molécula es equivalente al número de átomos más el número de anillos menos uno.
Esta regla es una aplicación de caso especial de la característica de Euler del gráfico que representa la molécula.
Una molécula sin anillos se puede representar como un árbol con un número de enlaces igual al número de átomos menos uno (como en el dihidrógeno , H 2 , con un solo enlace sigma, o en el amoníaco , NH 3 , con 3 enlaces sigma). No existe más de 1 enlace sigma entre dos átomos cualesquiera.
Las moléculas con anillos tienen enlaces sigma adicionales, como los anillos de benceno, que tienen 6 enlaces sigma C-C dentro del anillo para 6 átomos de carbono. La molécula de antraceno , C 14 H 10 , tiene tres anillos, por lo que la regla da el número de enlaces sigma como 24 + 3 − 1 = 26. En este caso hay 16 enlaces sigma C-C y 10 enlaces C-H.
Esta regla falla en el caso de moléculas que, cuando se dibujan planas sobre papel, tienen un número de anillos diferente al que realmente tiene la molécula; por ejemplo, Buckminsterfullereno , C60 , que tiene 32 anillos, 60 átomos y 90 enlaces sigma, uno para cada par de átomos enlazados; sin embargo, 60 + 32 - 1 = 91, no 90. Esto se debe a que la regla sigma es un caso especial de la característica de Euler , donde cada anillo se considera una cara, cada enlace sigma es una arista y cada átomo es un vértice. Normalmente, se asigna una cara adicional al espacio que no está dentro de ningún anillo, pero cuando el Buckminsterfullereno se dibuja plano sin cruces , uno de los anillos forma el pentágono exterior; el interior de ese anillo es el exterior del gráfico. Esta regla falla aún más cuando se consideran otras formas: los fullerenos toroidales obedecerán la regla de que el número de enlaces sigma en una molécula es exactamente el número de átomos más el número de anillos, al igual que los nanotubos, que, cuando se dibujan planos como si miraran a través de uno desde el final, tendrá una cara en el medio, correspondiente al extremo más alejado del nanotubo, que no es un anillo, y una cara correspondiente al exterior.