Дайте механизм образования Сигма и Пи связей

При образовании ковалентной связи в молекулах органических соединений общая электронная пара заселяет связывающие молекулярные орбитали, имеющие более низкую энергию. В зависимости от формы МО – σ-МО или π-МО – образующиеся связи относят к σ- или p-типу.

σ-Связь – ковалентная связь, образованная при перекрывании s-, p- и гибридных АО вдоль оси, соединяющей ядра связываемых атомов (т. е. при осевом перекрывании АО) .
π-Связь – ковалентная связь, возникающая при боковом перекрывании негибридных р-АО. Такое перекрывание происходит вне прямой, соединяющей ядра атомов.


π-Связи возникают между атомами, уже соединенными σ-связью (при этом образуются двойные и тройные ковалентные связи) . π-Связь слабее σ-связи из-за менее полного перекрывания р-АО.


Различное строение σ- и π-молекулярных орбиталей определяет характерные особенности σ- и π-связей.
1.σ-Связь прочнее π-связи. Это обусловлено более эффективным осевым перекрыванием АО при образовании σ-МО и нахождением σ-электронов между ядрами.
2.По σ-связям возможно внутримолекулярное вращение атомов, т. к. форма σ-МО допускает такое вращение без разрыва связи (cм аним. Картинку внизу)) . Вращение по двойной (σ + π) связи невозможно без разрыва π-связи!
3.Электроны на π-МО, находясь вне межъядерного пространства, обладают большей подвижностью по сравнению с σ-электронами. Поэтому поляризуемость π-связи значительно выше, чем σ-связи.


Внутримолекулярное вращение по σ-связям (модель молекулы н-бутана C4H10)

Энергетическая выгода

Качественно - запросто.
Образование что сигма-, что пи-связи объясняется стягиванием ядер атомов кулоновским полем электронов (при этом обменный интеграл отрицательный) . Это дает меньшую энергию системы из атомов в состоянии с образованными, в соответствии с принципом Паули, молекулярными орбиталями, чем при изолированных состояниях.
При образовании сигма-связи происходит максимальное перекрывание орбитальных волновых функций разных атомов в межъядерном пространстве с экранированием кулоновского поля ядер, при образовании пи-связи происходит перекрывание электронных волновых функций на периферийном пространстве без экранирования кулоновского поля ядер. Потому сигма-связь, во-первых, более прочная, чем пи-связь, во-вторых, не разрывается при внутримолекулярном вращении атомов, и, наконец, в-третьих, менее поляризуема.

Механизм везде одинаковый: обменный или донорно-акцепторный. Различие в самом типе связи, их прочности. Хотя во главе, как правильно было сказано, энергетическая выгода. При образовании сигма-связи максимум электронной плотности лежит на оси соединяющей ядра, тем самым закрывая их друг от друга и уменьшая электростатическое отталкивание ядер. А при образовании пи-связи максимум плотности находится над и под осью, так что ядра напрямую "видят" друг друга и сильнее отталкиваются. В итоге сигма связь намного прочнее. Чего еще добавить?..