Химия

Образование общих электронных пар ковалентной связи может происходить по двум различным механизмам: обменному и донорно-акцепторному.

В случае обменного механизма каждый из взаимодействующих атомов дает на образование ковалентной связи один или несколько неспаренных электронов внешнего электронного слоя. Схематически образование ковалентной связи можно показать тремя способами:

• с помощью электронных формул, в которых точками или звездочками символизируются электроны, причем спаренные электроны — это близко расположенные точки (звездочки), а неспаренные — отдельно стоящие:

• с помощью структурных формул, в которых каждую общую электронную пару изображают черточкой между атомами; пары валентных электронов, не участвующие в образовании химической связи (неподеленные электронные пары), — черточками вблизи символов атомов, а неспаренные электроны — отдельно стоящей точкой (точками):

• с помощью схем перекрывания АО взаимодействующих атомов, при этом АО изображают в виде клеток:

или с конкретным указанием формы перекрывающихся АО (рис. 4.3).

При донорно- акцепторном механизме образования ковалентной связи также формируются общие двухцентровые двухэлектронные связи. Однако в этом случае один из атомов, который называется донором, дает на образование связи готовую пару спаренных электронов, а другой атом — акцептор предоставляет для этой пары электронов вакантную орбиталь.

В качестве доноров выступают молекулы, атомы или ионы, содержащие атомы с неподеленными парами электронов:

Типичными акцепторами являются: катион H⁺; соединения В(III) и Al (BH₃, BF₃, AlCl₃), содержащие вакантные АО.

Как будет показано ниже, одни и те же атомы в одном случае могут быть донорами электронов, а в другом — их акцепторами (кислород в молекулах CO и HNO₃ соответственно).

Иногда ковалентные связи, образованные по донорно-акцепторному механизму, изображают стрелкой, направленной от донора к акцептору. Следует, однако, всегда помнить, что по своим свойствам эти связи аналогичны связям, образованным по обменному механизму.

Рассмотрим конкретные примеры образования ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму.

Образование катиона аммония $N{H}_4^{+}$. Ион ${\text{NH}}_4^{+}$ образуется при взаимодействии молекулы аммиака и катиона водорода, в реакциях NH₃ с кислотами.

В этом случае молекула аммиака — донор электронов, так как у атома азота имеется неподеленная пара электронов (только три из пяти валентных электронов атома азота участвуют в образовании связей с тремя атомами водорода), а ион H⁺ — акцептор электронов, так как содержит вакантную 1s-АО:

Образование катиона гидроксония $H_3{O}^{+}$ . Ион H₃O⁺ образуется при взаимодействии молекулы воды и катиона водорода.

В этом случае в роли донора электронов выступает молекула воды (конкретно — атом кислорода, у которого имеется две неподеленные пары электронов, поскольку из шести валентных электронов на образование связи с атомами водорода затрачено только два):

Образование молекулы оксида углерода(II) CO. Образование связей в этом случае удобно представить, символизируя АО клетками:

Видим, что в молекуле CO донором электронов является атом кислорода, а акцептором — атом углерода.

Образование молекулы азотной кислоты HNO₃. В этом случае предполагается, что один из атомов кислорода переходит в возбужденное состояние О* за счет спаривания 2р-электронов. В результате у этого атома появляется вакантная 2р-АО и он может выступать в роли акцептора электронов, а донором электронов будет атом азота:

Образование молекулы H₃N ⋅ BF ₃ . В данном случае молекула аммиака (атом азота) выступает в роли донора электронов, а акцептором является перешедший в возбужденное состояние атом бора:

По такому же механизму ковалентная связь (показана точкой) образуется в молекулах BF, H₃N ⋅ BH₃, H₃N ⋅ AlCl₃, CH₃NH₂ ⋅ BF₃ и др.