3.5. Донорно – акцепторный механизм образования ковалентной связи

Рассмотренный механизм возникновения ковалентных связей путем обобщения непарных электронов двух атомов, получил название “обменного механизма”. Образование ковалентной связи может происходить также при взаимодействии одного атома или иона с заполненной атомной орбиталью с другим атомом или ионом, имеющим вакантную (свободную) орбиталь. Такой механизм образования ковалентной связи называется донорно-акцепторным. Атом или ион, поставляющий пару электронов, называется донором, а атом или ион, к которому эта пара электронов перемещается – акцептором. Согласно методу ВСковалентная связь по донорно-акцепторному механизму возникает при перекрывании орбитали одного атома или иона с заполненными орбиталями донора или донорной группы. Поэтому донорная группа должна содержать по меньшей мере одну неподеленную пару электронов. Например, образование молекулыH₂по донорно-акцепторному механизму можно представить следующим образом:

H^- +H⁺→HH

1S - AOпервого иона-протонаH⁺свободна, что условно обозначается

У второго иона (гидрид ион H^-) имеется два электрона и его электронная конфигурация1s². Ядро гидрид - иона окружает двухэлектронное облако с антипараллельными спинами электронов. При сближении ионов двухэлектронное облако гидрид - иона притягивается к протону и в конечном счете становится общим для обеих ядер водорода, т.е. превращается в двухэлектронное молекулярное облако. В данном примере донор – гидрид-ионH^-, акцептор – протонH⁺

В соответствии с двумя механизмами образования ковалентной связи, рассмотрим валентные возможности атомов бора, углерода и азота. Это элементы второго периода и, следовательно, их валентные электроны распределяются по четырем орбиталям внешнего уровня: одной 2sи трем2p:

Поскольку у бора и углерода имеются энергетически близкие свободные 2pорбитали, при возбуждении эти элементы могут приобретать новые электронные конфигурации:

В соответствии с числом непарных электронов атомы B, CиNмогут образовывать соответственно3, 4, 3ковалентные связи, например с атомами водорода:

В молекуле BH₃дефицит электронов – атом бора имеет свободную орбиталь. В молекуле жеNH₃при атоме азота имеется неподеленная, или, как говорят, несвязывающая электронная пара. Таким образом, молекулаBH₃может выступать как акцептор электронной пары, а молекулаNH₃– как донор электронной пары. Иными словами, центральные атомы той и другой молекулы способны к образованию четвертой ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму. Простей-

ший донор электронной пары – гидрид-ион H^-. Присоединение отрицательного гидрид иона к молекулеBH₃приводит к образованию сложного (комплексного) ионаBH₄^-с отрицательным зарядом:

Простейший акцептор электронной пары – протон; его присоединение к молекуле NH₃тоже приводит к образованию комплексного ионаNH₄⁺, но уже с положительным зарядом:

В этих соединениях атомы бора и азота четырехвалентны. Таким образом, валентность элемента в общем случае определяется числом орбиталей, использованных при образовании химической связи. У элементов 2-го периода имеются 4 валентных орбитали, поэтому максимально возможное число ковалентных связей равно четырем. У элементов 3-его и последующих периодов роль валентных могут играть также внешние d-орбитали иf-орбитали.