Trong lĩnh vực hóa học, liên kết pi là một loại liên kết hóa trị được tạo nên khi hai thùy của một obitan nguyên tử xen phủ với hai thùy của một obitan khác. Đây là một loại liên kết cộng hóa trị đặc biệt, cho phép các phân tử tổ chức thành cấu trúc phức tạp. Điều đặc biệt là liên kết pi thường yếu hơn liên kết sigma và có tính chất đặc trưng riêng, tạo nên sự đa dạng và độ phức tạp của các cấu trúc hóa học.
Liên kết pi và các orbitan p
Ký tự Hy Lạp "π" thường được sử dụng để chỉ các orbitan p, vì sự đối xứng của các orbitan trong các liên kết pi cũng là sự đối xứng của các orbitan khi xét dọc theo trục liên kết. Thực tế, các orbitan p thường tham gia vào loại liên kết này. Tuy nhiên, các orbitan d cũng có thể tham gia vào liên kết pi, tạo nền tảng cho liên kết bội kim loại.
Tính ổn định và tính chất của liên kết pi
Liên kết pi thường yếu hơn liên kết sigma do sự phân bố electron tập trung ở xa hạt nhân nguyên tử. Điều này đòi hỏi nhiều năng lượng hơn. Tuy nhiên, liên kết pi đôi C-C, bao gồm một liên kết sigma và một liên kết pi, có năng lượng liên kết bằng một nửa liên kết đơn C-C, chỉ ra tính ổn định thông qua sự thêm vào một liên kết pi.
Một cách giải thích tính yếu của liên kết pi là sự xen phủ với một mức độ ít hơn giữa các orbitan-p bởi định hướng song song của chúng. Trái ngược với liên kết sigma, liên kết pi hình thành ngay tại hạt nhân nguyên tử và dẫn đến độ xen phủ lớn hơn.
Các liên kết bội và tính mạnh của liên kết pi
Liên kết đôi là một ví dụ điển hình của các liên kết bội trong đó có một liên kết sigma và một liên kết pi. Ví dụ điển hình khác là liên kết ba, ví dụ như acetylen, bao gồm một liên kết sigma và hai liên kết pi trong hai mặt phẳng vuông góc chứa trục liên kết. Hai là số lượng liên kết pi tối đa có thể tồn tại giữa một cặp phân tử. Liên kết bốn là rất hiếm và chỉ có thể hình thành giữa các nguyên tử kim loại chuyển tiếp, trong đó chứa một liên kết sigma, hai liên kết pi và một liên kết delta.
Mặc dù liên kết pi yếu hơn liên kết sigma, sự kết hợp giữa liên kết pi và sigma lại làm cho liên kết bội mạnh hơn là bất kì liên kết nào trong hai liên kết ấy. Ví dụ, độ dài của liên kết cacbon-cacbon trong etan là khoảng 154pm, trong etylen là 134pm và trong acetylen là 120pm. Sự ngắn hơn và mạnh hơn này là kết quả của nhiều liên kết.
Ứng dụng và trường hợp đặc biệt của liên kết pi
Liên kết pi không nhất thiết phải liên kết các đôi nguyên tử cũng được nối kết bởi liên kết sigma. Trong một số phức chất của kim loại, liên kết pi giữa một nguyên tử kim loại và các orbitan p đối liên kết của ankin (alkyne) và anken (alkene), tạo nên các liên kết pi. Một số trường hợp đặc biệt khác là khi trong các liên kết bội giữa hai nguyên tử, chỉ có các liên kết pi. Ví dụ, diiron hexacarbonyl (Fe2(CO)6), dicarbon (C2) và borane B2H2 là những ví dụ cho trường hợp này.
Kết luận
Liên kết pi là một thành phần quan trọng của hóa học hữu cơ và đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc phân tử và tính chất của nhiều hợp chất hóa học. Tính yếu và độ phức tạp của liên kết pi là điểm đặc biệt của nó, tạo nên sự đa dạng và độ phức tạp của các cấu trúc hóa học.