Het gebrek aan vrije rotatie rond een dubbele binding wordt toegeschreven aan de stijfheid die wordt opgelegd door de \(p\) orbitalen die betrokken zijn bij de dubbele binding. In tegenstelling tot enkele bindingen, die worden gevormd door de overlap van \(sp^3\) hybride orbitalen, bestaan ​​dubbele bindingen uit één sigma-binding en één pi-binding.

Sigma Bond-formatie:

In een dubbele binding wordt de sigma-binding gevormd door de frontale overlap van twee \(sp^2\) hybride orbitalen van elk koolstofatoom. De \(sp^2\) hybride orbitalen zijn het resultaat van het mengen van één \(s\) orbitaal en twee \(p\) orbitalen, wat leidt tot een trigonale planaire rangschikking van de atomen rond de dubbele binding.

Pi Bond-formatie:

De pi-binding in een dubbele binding wordt gevormd door de zijwaartse overlap van twee \(p\) orbitalen van elk koolstofatoom. Deze \(p\) orbitalen staan ​​loodrecht op het vlak van de sigmabinding en op elkaar. De elektronendichtheid van de pi-binding is geconcentreerd boven en onder het vlak van de sigma-binding, waardoor een cilindrische elektronenwolk ontstaat.

De stijfheid van de dubbele binding komt voort uit de aard van de pi-binding. De \(p\) orbitalen die betrokken zijn bij de pi-binding hebben de vorm van een halter met een elektronendichtheid geconcentreerd in twee lobben aan weerszijden van de kern. Deze vorm beperkt de rotatie rond de dubbele binding, omdat elke poging tot rotatie de overlap van de \(p\) orbitalen zou verstoren en de pi-binding zou verzwakken. Het verbreken van de pi-binding zou een aanzienlijke energie-input vergen, waardoor de rotatie rond de dubbele binding zeer ongunstig wordt.

Daarentegen maken enkele bindingen gevormd door de overlap van \(sp^3\) hybride orbitalen vrije rotatie mogelijk omdat de elektronendichtheid meer symmetrisch rond de bindingsas is verdeeld. De \(sp^3\) orbitalen kunnen roteren zonder de binding significant te verstoren, waardoor de verschillende conformaties van moleculen met enkele bindingen mogelijk zijn.

Daarom spelen de aanwezigheid van de pi-binding en de beperkte rotatie rond de dubbele binding een cruciale rol bij het bepalen van de moleculaire geometrie, stabiliteit en eigenschappen van verbindingen die dubbele bindingen bevatten.