Διπλός δεσμός

Ένας διπλός δεσμός (double bond) στη χημεία είναι ένας  χημικός δεσμός μεταξύ δύο χημικών στοιχείων που περιλαμβάνει τέσσερα ηλεκτρόνια δεσμού αντί για τα δύο. Ο πιο κοινός διπλός δεσμός, που είναι μεταξύ δύο ατόμων άνθρακα μπορεί να βρεθεί στα αλκένια. Πολλοί τύποι διπλών δεσμών υπάρχουν μεταξύ δύο διαφορετικών στοιχείων. Παραδείγματος χάρη, σε μια καρβονυλομάδα με ένα άτομο άνθρακα και άτομο οξυγόνου. Άλλοι συνηθισμένοι διπλοί δεσμοί υπάρχουν σε αζωενώσεις (azo compounds) (N=N), σε ιμίνες (C=N) και σουλφοξείδια (sulfoxides) (S=O). Στον σκελετικό τύπο ο διπλός δεσμός σχεδιάζεται ως δύο παράλληλες γραμμές (=) μεταξύ των δύο συνδεόμενων ατόμων· τυπογραφικά, χρησιμοποιείται το σύμβολο του ίσον για τον διπλό δεσμό. Οι διπλοί δεσμοί πρωτοεισήχθησαν στη χημική σημειογραφία από τον Ρώσο χημικό Αλεξάντερ Μπουτλέροφ (Alexander Butlerov).

Οι διπλοί δεσμοί που περιλαμβάνουν άνθρακα είναι πιο ισχυροί από τους απλούς δεσμούς και έχουν πιο μικρό μήκος. Η τάξη του δεσμού (bond order) είναι δύο. Οι διπλοί δεσμοί είναι επίσης πλούσιοι σε ηλεκτρόνια, που τους κάνει δραστικούς.

Διπλοί δεσμοί στα αλκένια

Ο τύπος του δεσμού μπορεί να εξηγηθεί με όρους υβριδισμού τροχιακών. Στο αιθένιο κάθε άτομο άνθρακα έχει τρία υβριδικά τροχιακά sp2 και ένα τροχιακό p. Τα τρία τροχιακά sp2 βρίσκονται σε ένα επίπεδο με γωνίες ~120°. Το τροχιακό p είναι κάθετο σε αυτό το επίπεδο. Όταν τα άτομα άνθρακα πλησιάζουν μεταξύ τους, δύο από τα sp2 τροχιακά επικαλύπτονται για να σχηματίσουν έναν δεσμό σ. Ταυτόχρονα, τα δύο p τροχιακά πλησιάζουν (πάλι στο ίδιο επίπεδο) και μαζί σχηματίζουν έναν δεσμό π. Για μέγιστη επικάλυψη, τα p τροχιακά πρέπει να παραμείνουν παράλληλα και συνεπώς, η περιστροφή γύρω από τον κεντρικό δεσμό δεν είναι δυνατή. Αυτή η ιδιότητα οδηγεί στην ισομέρεια cis-trans. Οι διπλοί δεσμοί είναι μικρότεροι από τους απλούς δεσμούς επειδή η επικάλυψη του p τροχιακού μεγιστοποιείται.

Με 133 pm, το μήκος δεσμού του διπλού δεσμού άνθρακα-άνθρακα (C=C) είναι μικρότερο από το μήκος του απλού δεσμού άνθρακα-άνθρακα C−C στο αιθάνιο, όπου είναι 154 pm. Ο διπλός δεσμός είναι επίσης πιο ισχυρός, 636 (KJ/mol) έναντι 368 kJ/mol, αλλά όχι δυο φορές επειδή ο δεσμός π  είναι πιο ασθενής από τον δεσμό σίγμα λόγω της λιγότερο αποτελεσματικής επικάλυψης π.

Σε μια εναλλακτική παρουσίαση, ο διπλός δεσμός είναι το αποτέλεσμα δύο επικαλυπτομένων sp3 τροχιακών.

Τύποι διπλών δεσμών μεταξύ ατόμων

Παραλλαγές
Σε μόρια, με εναλλασσόμενους διπλούς και απλούς δεσμούς, η επικάλυψη των p τροχιακών μπορεί να υπάρχει για πολλά άτομα σε μια αλυσίδα, οδηγώντας σε ένα συζευγμένο σύστημα. Η σύζευξη μπορεί να βρεθεί σε συστήματα όπως τα αλκαδιένια και οι ενόνες. Στα κυκλικά μόρια, η σύζευξη μπορεί να οδηγήσει σε αρωματικότητα. Στα κουμουλένια, δύο διπλοί δεσμοί είναι γειτονικοί.

Οι διπλοί δεσμοί είναι συνηθισμένοι για τα στοιχεία της δεύτερης περιόδου άνθρακα, άζωτο και οξυγόνο και λιγότερο συνηθισμένα με στοιχεία μεγαλύτερων περιόδων. Τα μέταλλα, επίσης, μπορούν να συμμετέχουν σε πολλαπλούς δεσμούς με μεταλλικό υποκαταστάτη.

Η ομάδα 14 ομόλογων αλκενίων
Ενώσεις με διπλούς δεσμούς, ομόλογα αλκένια, R2E=ER2 είναι τώρα γνωστά για όλα τα βαρύτερα στοιχεία της ομάδας 14. Αντίθετα με τα αλκένια αυτές οι ενώσεις δεν είναι επίπεδες, αλλά υιοθετούν συνεστραμμένες ή και  trans κεκαμμένες δομές. Αυτά τα φαινόμενα γίνονται πιο έντονα για τα βαρύτερα στοιχεία. Το διστανένιο (distannene) (Me3Si)2CHSn=SnCH(SiMe3)2 έχει ένα μήκος δεσμού κασσίτερου-κασσίτερου μόλις λίγο μικρότερο από έναν απλό δεσμό, μια trans κεκαμμένη δομή με πυραμιδική συναρμογή σε κάθε άτομο κασσιτέρου και διίσταται εύκολα σε διάλυμα για να σχηματίσει (Me3Si)2CHSn: (stannanediyl, ένα ανάλογο του καρβενίου). Ο δεσμός περιλαμβάνει δύο ασθενείς δεσμούς δότη - δέκτη, το μονήρες ζεύγος σε κάθε άτομο κασσιτέρου που επικαλύπτεται με το κενό p τροχιακό στο άλλο.  Αντίθετα, στα δισιλένια κάθε άτομο πυριτίου έχει επίπεδη συναρμογή, αλλά οι υποκαταστάτες συστρέφονται έτσι ώστε το μόριο ως σύνολο να μην είναι επίπεδο. Στις διμολυβδούχες ενώσεις το μήκος του δεσμού Pb=Pb μπορεί να είναι μεγαλύτερο από αυτό πολλών αντίστοιχων απλών δεσμών.  Ενώσεις του μολύβδου και του κασσιτέρου με διπλούς δεσμούς διίστανται γενικά σε διαλύματα σε μονομερή με ενθαλπίες δεσμού που είναι απλώς ένα κομμάτι των αντίστοιχων απλών δεσμών. Μερικοί διπλοί δεσμοί πλουμπενίων και στανενίων είναι παρόμοιοι σε ισχύ με τους δεσμούς υδρογόνου. Το πρότυπο Carter-Goddard-Malrieu-Trinquier μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προβλέψει τη φύση του δεσμού.

Παραπομπές

Χημικός δεσμός