Sigmasidos
Sigmasidoksen kvanttimekaaninen kuvaus

Atomiorbitaali on kvanttimekaanisessa atomimallissa ratkaisu elektronin aaltoyhtälölle. Se selittää atomin ydintä kiertävien elektronien todennäköiset radat. Atomiorbitaali siis kuvaa sitä avaruuden osaa atomiytimen ympärillä, josta elektroni todennäköisimmin löytyy tietyllä ajanhetkellä. Jokaisella atomilla on niille ominainen joukko atomiorbitaaleja, jotka määritellään kvanttiluvuilla. Pääkvanttiluku (n) ilmaisee pääkuoren, missä elektroni sijaitsee ja sitä merkitään luonnollisilla luvuilla. Sivukvanttiluku (l) kertoo puolestaan atomiorbitaalin alakuoren, jolle atomin järjestysluvun kasvaessa jaksollisessa järjestelmässä elektroni pääasiallisesti asettuu. Alakuoria merkitään kirjaimin s,p,d,f.
| 0 | 1 | 2 |
| --- | --- | --- |
| —— | ———————————————— | —————   |
|   σs–hybridisaatio  |   σs–hybridisaatio  |   σs–p  |
| —— | ———————————————— | —————   |
  Atomi- orbitaalit :  
| Symmetriset (s–s and p–p) atomiorbitaalien väliset sigmasidokset   | Symmetriset (s–s and p–p) atomiorbitaalien väliset sigmasidokset   | Piisidos, vertailukohtana   |
Molekyyliorbitaali on aaltoyhtälön ratkaisu molekyyliyhdisteelle ja kuvaa elektronin esiintymistodennäköisyyttä moniatomisessa molekyylissä. Vain sellaiset atomiorbitaalit, joiden energiat ovat samaa suuruusluokkaa, ja joilla on sama symmetria ydintenvälisen akselin suhteen, voivat yhdistyä molekyyliorbitaaleiksi. Kun kaksi tai useampi atomi yhdistyy muodostaen molekyylin, niiden atomiorbitaalit yhdistyvät ja uudelleenjärjestyvät, jolloin muodostuu uusia avaruudellisesti eri tavoin suuntautuneita molekyyliorbitaaleja (ks. ylempi kuva oikealla). Tätä saman atomin orbitaalien sekoittumista keskenään sidoksen syntyessä kutsutaan hybridisaatioksi ja muodostuneita orbitaaleja puolestaan hybridiorbitaaleiksi ​​.
Alemmassa kuvassa oikealla havainnollistetaan kuinka orbitaalit limittyvät sidoksessa muodostaen sigmasidoksen. Kuvan yläreunassa on vasemmalta oikealle kuvattuna 1s, 2p, 3d ja 4f atomiorbitaalit. Kuvan alareunassa on kuvattuna symmetriset (s-s ja p-p) sigmasidokset atomiorbitaalien välillä sekä vertailukohtana piisidos (p-p).
Esimerkiksi eteenissä (C2H4) hiiliatomien välillä on kovalenttinen kaksoissidos ja yksinkertainen sidos hiili- ja vetyatomien välillä. Alemmassa kuvassa oikealla havainnollistetaan eteenin sigma- ja piisidosten muodostumista. Eteenissä hiiliatomien elektronit asettuvat atomien ympärille kolmiomaisesti tasomaiseen muotoon, mikä vastaa sp2-hybridisaatiota. Eteenissä hiilille muodostuukin kolme sp2-hybridiorbitaalia ja yksi hybridisoitumaton 2pz-orbitaali. Yksi kolmesta sp2-hybridiorbitaalista muodostaa sidoksen sen päistä limittäin toisen hiiliatomin identtisen hybridiorbitaalin kanssa. Kaksi muuta hybridiorbitaalia muodostavat sidoksen päistä limittäin vedyn 1s-orbitaalin kanssa. Molempien hiiliatomien 2pz-orbitaalit muodostavat vielä keskenään sidoksen sivuttaissuunnassa limittäin.
Eteenissä on kahta erityyppistä kovalenttista sidosta: sigmasidos sekä piisidos. Sigmasidos muodostuu orbitaaleille limittäin niiden päihin elektronitiheyden keskittyessä sidoksen atomien ytimien väliin. Piisidos taas on sidos, jossa orbitaalit ovat limittäin sivuttaissuunnassa ja jossa elektronitiheys on sidoksen atomien ytimien ylä- ja alapuolella. ​
Tyypillisimpiä yhdisteitä, joiden välille syntyy sigmasidoksia ovat muun muassa C-H, N-H, S-S ja C-C. Yleisimmät sigmasidokset ovat muotoa s+s, pz+pz, s+pz and dz2+dz2, koska nämä orbitaalit ovat symmetrisiä ja mahdollistavat energiatiheyden tasaisen jakautumisen.