π-Bindung

Eine π-Bindung ist eine chemische Bindung zwischen zwei Atomen, die durch die senkrechte Überlappung ihrer p- oder im Fall von Übergangsmetallen d-Orbitale, zustande kommt. Im Gegensatz zur σ-Bindung ist die π-Bindung nicht rotationssymmetrisch.

Im Allgemeinen besteht eine Doppelbindung aus einer σ- und einer π-Bindung. Eine Dreifachbindung besteht aus einer σ- und zwei π-Bindungen. Eine π-Bindung hat meistens eine niedrigere Bindungsenergie als eine σ-Bindung, da sich die zwei p-Orbitale in ihr schwächer überlappen, für "übliche" C=C-Doppelbindungen in organischen Molekülen trifft dies quasi immer zu. In organischen Verbindungen sind die Kohlenstoffatome meist vierbinding (es gehen also vier Striche = Bindungen vom C-Atom weg zu anderen Atomen). Um eine Doppel- oder Dreifachbindung zu bilden, müssen die Kohlenstoffatome jeweils entweder sp²- oder sp-hybridisiert sein. Dadurch ergeben sich bei Doppelbindungen (sp²-Hybridisierung) eine trigonal-planare, für die Dreifachbindung (sp-Hybridisierung) eine lineare Geometrie.

Ausnahme ist das C₂-Molekül: Bei diesem gibt es wirklich keine weiteren Bindungspartner und es ist daher auch instabil. Hier liegen die beiden π-Orbitale energetisch niedriger (= stabiler) als das σ-Orbital. Die C=C-Doppelbindungen in C₂ besteht also aus zwei π-Bindungen anstatt aus einer σ- und einer π-Bindung.

Aufgrund der geringeren Bindungsenergie von Elektronen in π-Bindungen sind diese daher reaktiver, z.B. gegenüber elektrophilen Angriffen. Es können sich auch mehr als zwei p-Orbitale in einem Molekül überlappen. So ergeben sich z.B. kumulierte Doppelbindungen oder aromatische Bindungen.

Bei der π-Bindung verteilen sich die beiden Orbitalbestandteile, die eine π-Bindung ausmachen, ober- und unterhalb der Atombindungsachse. Wesentlich ist, dass sich durch diese Art der Überlappung eine Knotenebene bildet, in der die beiden gebundenen Atome liegen. Die Knotenebene steht senkrecht zu den p- (oder d-) Orbitalen. In dieser Knotenebene ist die Wahrscheinlichkeit, ein Elektron anzutreffen, gleich null.

Da die beiden Orbitalbestandteile ober- und unterhalb der Knotenebene unterschiedliche Phasen (= Vorzeichen der Wellenfunktion, also "+" oder "-") haben, ist dieser Bindungstyp nicht rotationssymmetrisch. π-Bindungen sind Bestandteil von Mehrfachbindungen.