в каком соединении ковалентная связь между атомами образуется по донорно акцепторному механизму

Химические связи

Различают несколько типов химических связей: ковалентная, ионная, металлическая, водородная.

Ковалентная связь возникает между двумя атомами по обменному механизму (обобществление пары электронов) или донорно-акцепторному механизму (электронов донора и свободной орбитали акцептора).

Ковалентной связью соединены атомы в молекулах простых веществ (Cl₂, Br₂, O₂), органических веществ (C₂H₂), а также, в общем случае, между атомами неметалла и другого неметалла (NH₃, H₂O, HBr).

Существует донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи, при котором один атом выступает в качестве донора неподеленной электронной пары. Другой атом не тратит свои электроны, а только лишь предоставляет орбиталь (ячейку) для этой электронной пары.

Ионная связь

В наиболее частом случае ионная связь образуется между типичным металлом и типичным неметаллом. Примеры:

Большой подсказкой служит таблица растворимости, ведь все соли имеют ионные связи: CaSO₄, Na₃PO₄. Даже ион аммония не исключение, между катионом аммония и различными анионами образуются ионные связи, например в соединениях: NH₄I, NH₄NO₃, (NH₄)₂SO₄.

Часто в химии встречаются несколько связей внутри одной молекулы. Рассмотрим, например, фосфат аммония, обозначив тип каждой связи внутри этой молекулы.

Металлическая связь

«Облако» электронов в металлах способно приходить в движение под различным воздействием. Именно оно является причиной электропроводности металлов.

Водородная связь

Водородные связи возникают между атомом водорода и другим более электроотрицательным атомом (O, S, N, C).

Отчасти за счет водородных связей наблюдается то самое исключение, связанное с усилением кислотных свойств в ряду галогеноводородных кислот: HF → HCl → HBr → HI. Фтор является самым ЭО-ым элементов, сильно притягивает к себе атом водорода другой молекулы, что снижает способность кислоты отщеплять водород и снижает ее силу.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Донорно-акцепторый механизм образования ковалентной связи

Перекрывание двух одноэлектронных атомных орбиталей — не единственный путь возникновения ковалентной связи. Атомы азота, кислорода, галогенов и некоторых других элементов в своих ковалентных соединениях имеют завершённые октеты, хотя не все орбитали их внешнего квантового слоя участвуют в образовании связей. Эти орбитали содержат n-электроны (nonbonding — не связывающие электроны) или неподелённые электронные пары (НЭП):

одна НЭП две НЭП три НЭП

Парами несвязывающих электронов при написании структурных формул обычно пренебрегают, однако их необходимо иметь в виду, т.к. они играют важную роль в проявлении химических свойств соединений. В частности, НЭП ответственны за способность веществ вступать во взаимодействие, при котором ковалентная связь образуется за счёт неподелённой электронной пары только одного партнёра (донора электронов), другой же атом (акцептор электронов) должен предоставить вакантную орбиталь. Это равносильно потере одного электрона донором и приобретению его акцептором, поэтому атомы, являющиеся партнёрами в образовании этой связи, меняют свои заряды.

Образованная таким путём ковалентная связь называется донорно-акцепторной, координационной или координативной. Существует четыре типа взаимодействия частиц, приводящих к образованию донорно-акцепторной связи.

1. Связь возникает при взаимодействии свободной орбитали катиона и НЭП аниона. Взаимодействуя друг с другом, обе частицы утрачивают заряды и образуют нейтральную молекулу.

а) взаимодействие гидроксид-иона и катиона водорода (протона):

б) взаимодействие бромид-аниона и метильного карбокатиона ( карбокатионами называются органические катионы, имеющие положительный заряд на атоме углерода; carbon — углерод)

в) взаимодействие метильного карбокатиона и метильного карбаниона

2. Связь образуется при взаимодействии катиона (акцептор электронов) и нейтральной молекулы, имеющей во внешнем квантовом слое атомную орбиталь, несущую НЭП (донор электронов). Получается катион, у которого положительный заряд формально принадлежит атому-донору (фактически он распределяется по всей частице):

Оба взаимодействующих атома поменяли заряды: атом В, передав электрон катиону, зарядился положительно, катион А+, получив электрон, нейтрализовал свой заряд. Суммы зарядов в левой и правой частях уравнения одинаковы.

Формулы Льюиса позволяют подсчитать заряды на атомах, образующих донорно-акцепторные связи. Для этого предложена эмпирическая формула:

где Z — заряд атома, G — номер группы (число валентных электронов), N — число электронов НЭП, В — число двухэлектронных связей.

В качестве примеров можно привести различные реакции протонирования (присоединения протона к какой-либо частице — донору электронов):

а) протонирование молекулы аммиака

Заряд атома азота в катионе аммония Z N = 5-0-4 = +1.

Координационную связь можно изобразить в виде стрелки, направленной от донора к акцептору:

Однако в действительности все четыре связи в ионе аммония совершенно не различимы.

б) протонирование молекулы воды

Заряд атома кислорода в катионе гидроксония: ZO = 6-2-3= +1.

в) протонирование молекулы спирта (метанола)

Катионы, в которых положительный заряд находится на атоме кислорода носят общее название катионов оксония.

Заряд атома кислорода в катионе оксония: ZО = 6 – 2 – 3 = +1.

3. Анион, владеющий НЭП (донор электронов), взаимодействует с нейтральной молекулой, имеющей свободную орбиталь (акцептор электронов). В результате реакции образуется анион, у которого отрицательный заряд формально принадлежит атому-акцептору:

Благодаря образованию координативной связи атом-донор нейтрализует свой заряд, а акцептор заряжается отрицательно. Суммарный заряд не изменяется.

а) взаимодействие фторид-аниона и молекулы фторида бора

б) взаимодействие молекулы хлорида алюминия и аниона хлора

4. И свободная орбиталь и неподелённая электронная пара принадлежат нейтральным молекулам. Взаимодействие между ними приводит к образованию новой нейтральной молекулы, но атомы, выступающие и в качестве донора, и в качестве акцептора, получают заряды с противоположными знаками:

Ковалентная связь, образование которой сопровождается появлением разноимённых зарядов на соседних атомах, представляет собой сочетание ковалентной и ионной связей и называется семиполярной или полуионной связью (приставка «семи» означает «наполовину»).

а) взаимодействие молекул аммиака и фторида бора

Если семиполярную связь изображают с помощью стрелки, то заряды на атомах не ставятся, но мы их всегда должны иметь в виду: Н3N → BF3.

б) взаимодействие диметилового эфира (метоксиметана) с фторидом бора

Важным примером соединения, содержащего семиполярную связь, является азотная кислота. Она образуется при каталитическом взаимодействии азотистой кислоты и атомарного кислорода:

Уравнение реакции (без деталей).

Донором электронной пары является атом азота, акцептором — атом кислорода, который освобождает для этого одну р-орбиталь, спаривая два электрона. Энергия, затраченная на этот процесс компенсируется при образовании новой связи.

Формально атомы кислорода в нитрогруппе имеют разные заряды. Но фактически здесь происходит процесс делокализации электронов, заряды на атомах кислорода выравниваются, каждый атом реально имеет заряд – 0,5. Атом азота сохраняет заряд +1:

Источник

Ковалентная связь. Разбираем задачи, закрепляем тему

История

С момента открытия атомов и молекул исследователи долгое время задумывались над вопросом, какие силы объединяют микрочастицы в молекуле.

В 1897 году Джозеф Джон Томсон выдвинул теорию, что атомы удерживаются рядом благодаря переносу электронов от одного атома к другому и образованию электронных связей. И был прав. Вклад Томсона в науку был отмечен Нобелевской премией в 1906 году за «изучение прохождения электрического тока через газы».

Исследования продолжились, и в 1916 году американский физико-химик Гильберт Ньютон Льюис объяснил это явление, предложив теорию электронной химической связи. В своих опытах ученый заметил, что наиболее устойчивы при взаимодействии электронные оболочки атомов благородных газов. А атомы других веществ стремятся сделать свою энергетическую оболочку похожей на оболочку благородного газа, расположенного в том же периоде. И для этого присоединяют или отдают электроны. Познакомиться с биографией ученого можно в учебнике Химия 8 класс под редакцией В.В. Еремина на странице 218.

Исследователь предложил графическую модель структуры молекулы, в которой электроны обозначены точками, а связи черточками.

Правило октета

Льюис сформулировал принцип «октета». Согласно этому правилу, при создании молекулы атомы стараются достигнуть восьмиэлектронной валентной оболочки, попарно объединяя электроны, находящиеся на внешней орбитали. По важности это открытие сопоставимо с открытием периодического закона Д.И. Менделеевым.

Заглянем в Периодическую таблицу. В первом периоде находятся водород и гелий. Общее у этих двух газов — одна орбиталь. А вот количество электронов различно: у водорода один, у гелия два. Как мы помним, на первой орбитали у любого элемента могут поместиться всего лишь два электрона. И поскольку орбиталь гелия максимально заполнена — это инертный газ, который не вступает в химические реакции. А вот водород ищет себе пару и объединяется в двухатомные молекулы H₂ или образует соединения с другими элементами. В остальных периодах на внешней орбитали могут разместиться восемь электронов.

Механизмы образования связи

Взаимодействие, возникающее при образовании общих электронных пар, называется ковалентная химическая связь. При образовании химической связи выделяется энергия в количестве, необходимом для разъединения атомов на расстояние, при котором взаимодействие стало бы невозможным. Такой тип связи характерен для большинства соединений.

Взаимодействие между атомами различных веществ может происходить двумя способами.

От электроотрицательности атомов и их способности притягивать электроны зависит, какая ковалентная связь образуется в молекуле.

В месте перекрывания электронных облаков создается зона повышенной электронной плотности. Если электроотрицательность элементов равна, электронное облако находится на одинаковом расстоянии от центров атомов, входящих в электронную пару, и образуется ковалентная неполярная связь.

Если электроотрицательность различна, происходит сдвиг электронного облака в сторону центра с большей электроотрицательностью, то есть образуются молекула с двумя полюсами (диполь). Самый простой пример диполя — молекула воды. Данный тип связи и есть ковалентная полярная связь.

Ионная связь — вариант крайне полярной ковалентной связи.

Помимо полярности, ковалентная связь соединения характеризуется и другими параметрами:

Источник

Донорно-акцепторная связь

Донорно-акцепторный механизм (иначе координационный механизм) — способ образования ковалентной химической связи между двумя атомами или группой атомов, осуществляемый за счет неподеленной пары электронов атома-донора и свободной орбитали атома-акцептора.

Термины «донорно-акцепторная связь» или «координационная связь» некорректны, поскольку это не есть вид химической связи, а лишь теоретическая модель, описывающая особенность её образования. Свойства ковалентной химической связи, образованной по донорно-акцепторному механизму, ничем не отличаются от свойств связей, образованных по обменному механизму (например, связи N—H в аммонии (NH₄ + ) или связи O—H в гидроксонии (Н₃O + )).

Именно с позиций донорно-акцепторного механизма описывается образование локализованных ковалентных связей в молекулах и молекулярных ионах комплексных (координационных) соединений: связь формируется за счёт неподелённой пары электронов лиганда и свободной орбитали атома-комплексообразователя. Донорно-акцепторный механизм также описывает образование промежуточных продуктов (интермедиатов) реакции, например, комплексов с переносом заряда.

Модель донорно-акцепторного механизма существует только в рамках представлений о валентности как о локализации электронной плотности при образовании ковалентных связей (метод валентных схем). В рамках метода молекулярных орбиталей необходимости в подобных представлениях нет.

См. также

Полезное

Смотреть что такое «Донорно-акцепторная связь» в других словарях:

ДОНОРНО-АКЦЕПТОРНАЯ СВЯЗЬ — (координационная связь), химическая связь между атомами, молекулами, радикалами, обычно не имеющими неспаренных эл нов. Одна из ч ц при образовании такой связи явл. донором пары эл нов, другая акцептором. Акцептор способен принимать эл ны, к ним… … Физическая энциклопедия

ДОНОРНО-АКЦЕПТОРНАЯ СВЯЗЬ — то же, что координационная связь … Большой Энциклопедический словарь

донорно-акцепторная связь — то же, что координационная связь. * * * ДОНОРНО АКЦЕПТОРНАЯ СВЯЗЬ ДОНОРНО АКЦЕПТОРНАЯ СВЯЗЬ, то же, что координационная связь (см. КООРДИНАЦИОННАЯ СВЯЗЬ) … Энциклопедический словарь

Донорно-акцепторная связь — координационная связь, термин, обозначающий один из способов образования химической ковалентной связи (См. Ковалентная связь). Обычная ковалентная связь между двумя атомами обусловлена взаимодействием двух электронов по одному от каждого… … Большая советская энциклопедия

ДОНОРНО-АКЦЕПТОРНАЯ СВЯЗЬ — то же, что координационная связь … Естествознание. Энциклопедический словарь

СВЯЗЬ ХИМИЧЕСКАЯ ДОНОРНО-АКЦЕПТОРНАЯ — связь, возникающая за счет использования одним атомом или ионом пары электронов, принадлежащих другому взаимодействующему атому. Простейшим примером может служить присоединение Н+ к NH3 с образованием NH4+, у N имеется s2 и р3 электрона. Три… … Геологическая энциклопедия

донорно-акцепторное взаимодействие — Термин донорно акцепторное взаимодействие Термин на английском coordination bond Синонимы донорно акцепторная связь, координационная связь Аббревиатуры Связанные термины акцептор, донор, супрамолекулярная химия Определение ковалентная химическая… … Энциклопедический словарь нанотехнологий

Связь (химия) — Химическая связь явление взаимодействия атомов, обусловленное перекрыванием электронных облаков, связывающихся частиц, которое сопровождается уменьшением полной энергии системы. Термин «химическое строение» впервые ввёл А. М. Бутлеров в 1861… … Википедия

Связь химическая — Химическая связь явление взаимодействия атомов, обусловленное перекрыванием электронных облаков, связывающихся частиц, которое сопровождается уменьшением полной энергии системы. Термин «химическое строение» впервые ввёл А. М. Бутлеров в 1861… … Википедия

Координационная связь — Донорно акцепторная связь (координационная связь) химическая связь между двумя атомами или группой атомов, осуществляемая за счет неподеленной пары электронов одного атома (донора) и свободной орбитали другого атома (акцептора). Донорно… … Википедия

Источник

Химическая связь

Химическая связь и строение вещества

Все системы стремятся к равновесию и к уменьшению свободной энергии — так гласит один из постулатов химической термодинамики. Атомы, взаимодействующие в молекуле вещества, тоже подчиняются этому закону. Они стремятся образовать устойчивую конфигурацию — 8-электронную или 2-электронную внешнюю оболочку. Этот процесс взаимодействия называется химической связью, благодаря ему получаются молекулы и молекулярные соединения.

Как понятно из определения химической связи, при взаимодействии двух атомов один из них может притянуть к себе внешние электроны другого. Эта способность называется электроотрицательностью (ЭО). Атом с более высокой электроотрицательностью (ЭО) при образовании химической связи с другим атомом может вызвать смещение к себе общей электронной пары.

Механизм образования химической связи

Существует два механизма взаимодействия атомов:

обменный — предполагает выделение по одному внешнему электрону от каждого атома и соединение их в общую пару;

донорно-акцепторный — происходит, когда один атом (донор) выделяет два электрона, а второй атом (акцептор) принимает их на свою свободную орбиталь.

Независимо от механизма химическая связь между атомами сопровождается выделением энергии. Чем выше ЭО атомов, т. е. их способность притягивать электроны, тем сильнее и этот энергетический всплеск.

Также на прочность влияют следующие показатели:

Длина связи — расстояние между ядрами атомов. С уменьшением этого расстояния растет энергия связи и увеличивается ее прочность.

Кратность связи — количество электронных пар, появившихся при взаимодействии атомов. Чем больше это число, тем выше энергия и, соответственно, прочность связи.

На примере химической связи в молекуле водорода посмотрим, как меняется энергия системы при сокращении расстояния между ядрами атомов. По мере сближения ядер электронные орбитали этих атомов начинают перекрывать друг друга, в итоге появляется общая молекулярная орбиталь. Неспаренные электроны через области перекрывания смещаются от одного атома в сторону другого, возникают общие электронные пары. Все это сопровождается нарастающим выделением энергии. Сближение происходит до тех пор, пока силу притяжения не компенсирует сила отталкивания одноименных зарядов.

Основные типы химических связей

Различают четыре вида связей в химии: ковалентную, ионную, металлическую и водородную. Но в чистом виде они встречаются редко, обычно имеет место наложение нескольких типов химических связей. Например, в молекуле фосфата аммония (NH₄)₃PO₄присутствует одновременно ионная связь между ионами и ковалентная связь внутри ионов.

Также отметим, что при образовании кристалла от типа связи между частицами зависит, какой будет кристаллическая решетка. Если это ковалентная связь — образуется атомная решетка, если водородная — молекулярная решетка, а если ионная или металлическая — соответственно, будет ионная или металлическая решетка. Таком образом, влияя на тип кристаллической решетки, химическая связь определяет и физические свойства вещества: твердость, летучесть, температуру плавления и т. д.

Основные характеристики химической связи:

насыщенность — ограничение по количеству образуемых связей из-за конечного числа неспаренных электронов;

полярность — неравномерная электронная плотность между атомами и смещение общей пары электронов к одному из них;

направленность — ориентация связи в пространстве, расположение орбиталей атомов под определенным углом друг к другу.

Ковалентная связь

Как уже говорилось выше, этот тип связи имеет два механизма образования: обменный и донорно-акцепторный. При обменном механизме объединяются в пару свободные электроны двух атомов, а при донорно-акцепторном — пара электронов одного из атомов смещается к другому на его свободную орбиталь.

Как вы помните, сила притяжения электронов определяется электроотрицательностью атома. Если у двух атомов она одинакова, между ними будет неполярная связь, а если один из атомов имеет большую ЭО — к нему сместится общая электронная пара и получится полярная химическая связь.

Ковалентная неполярная связь образуется в молекулах простых веществ, неметаллов с одинаковой ЭО: Cl₂, O₂, N₂, F₂ и других.

Посмотрим на схему образования этой химической связи. У атомов водорода есть по одному внешнему электрону, которые и образуют общую пару.

Ковалентная полярная связь характерна для неметаллов с разным уровнем ЭО: HCl, NH₃,HBr, H₂O, H₂S и других.

Посмотрим схему такой связи в молекуле хлороводорода. У водорода имеется один свободный электрон, а у хлора — семь. Таким образом, всего есть два неспаренных электрона, которые соединяются в общую пару. Поскольку в данном случае ЭО выше у хлора, эта пара смещается к нему.

Другой пример — молекула сероводорода H₂S. В данном случае мы видим, что каждый атом водорода имеет по одной химической связи, в то время как атом серы — две. Количество связей определяет валентность атома в конкретном соединении, поэтому валентность серы в сероводороде — II.

Число связей, которые могут быть у атома в молекуле вещества, называется валентностью.

Характеристики ковалентной связи:

Ионная связь

Как понятно из названия, данный тип связи основан на взаимном притяжении ионов с противоположными зарядами. Он возможен между веществами с большой разницей ЭО — металлом и неметаллом. Механизм таков: один из атомов отдает свои электроны другому атому и заряжается положительно. Второй атом принимает электроны на свободную орбиталь и получает отрицательный заряд. В результате этого процесса образуются ионы.

Разноименно заряженные ионы стремятся друг к другу за счет кулоновского притяжения, которое одинаково направлено во все стороны. Благодаря этому притяжению образуются ионные кристаллы, в решетке которых заряды ионов чередуются. У каждого иона есть определенное количество ближайших соседей — оно называется координационным числом.

Обычно ионная связь появляется между атомами металла и неметалла в таких соединениях, как NaF, CaCl2, BaO, NaCl, MgF2, RbI и других. Ниже схема ионной связи в молекуле хлорида натрия.

Характеристики ионной связи:

не имеет направленности.

Ковалентная и ионная связь в целом похожи, и одну из них можно рассматривать, как крайнее выражение другой. Но все же между ними есть существенная разница. Сравним эти виды химических связей в таблице.

Характеризуется появлением электронных пар, принадлежащих обоим атомам.

Характеризуется появлением и взаимным притяжением ионов.

Общая пара электронов испытывает притяжение со стороны обоих ядер атомов.

Ионы с противоположными зарядами подвержены кулоновскому притяжению.

Имеет направленность и насыщенность.

Ненасыщенна и не имеет направленности.

Количество связей, образуемых атомом, называется валентностью.

Количество ближайших соседей атома называется координационным числом.

Образуется между неметаллами с одинаковой или не сильно отличающейся ЭО.

Образуется между металлами и неметаллами — веществами со значимо разной ЭО.

Металлическая связь

Отличительная особенность металлов в том, что их атомы имеют достаточно большие радиусы и легко отдают свои внешние электроны, превращаясь в положительно заряженные ионы (катионы). В итоге получается кристаллическая решетка, в узлах которой находятся ионы, а вокруг беспорядочно перемещаются электроны проводимости, образуя «электронное облако» или «электронный газ».

Свободные электроны мигрируют от одного иона к другому, временно соединяясь с ними и снова отрываясь в свободное плавание. Этот механизм по своей природе имеет сходство с ковалентной связью, но взаимодействие происходит не между отдельными атомами, а в веществе.

Наличие такого «электронного облака», которое может прийти в направленное движение, обусловливает электропроводность металлов. Другие их качества — пластичность и ковкость, объясняются тем, что ионы в кристаллической решетке легко смещаются. Поэтому металл при ударном воздействии способен растягиваться, но не разрушаться.

Характеристики металлической связи:

Металлическая связь присуща как простым веществам — таким как Na, Ba, Ag, Cu, так и сложным сплавам — например, AlCr₂, CuAl₁₁Fe₄, Ca₂Cu и другим.

Схема металлической связи:

M — металл,

n — число свободных внешних электронов.

К примеру, у железа в чистом виде на внешнем уровне есть два электрона, поэтому его схема металлической связи выглядит так:

Обобщим все полученные знания. Таблица ниже описывает кратко химические связи и строение вещества.

Типы химической связи и их основные отличительные признаки

Водородная связь

Данный тип связи в химии стоит отдельно, поскольку он может быть как внутри молекулы, так и между молекулами. Как правило, у неорганических веществ эта связь происходит между молекулами.

Объясним подробнее механизм этого вида химической связи. Есть молекулы А и В, содержащие водород. При этом в молекуле А есть электроотрицательные атомы, а в молекуле В водород имеет ковалентную полярную связь с другими электроотрицательными атомами. В этом случае между атомом водорода в молекуле В и электроотрицательным атомом в молекуле А образуется водородная связь.

Такое взаимодействие носит донорно-акцепторный характер. Донором электронов в данном случае выступают электроотрицательные элементы, а акцептором — водород.

Графически водородная связь обозначается тремя точками. Ниже приведена схема такого взаимодействия на примере молекул воды.

Характеристики водородной связи:

Кратко о химических связях

Итак, самое главное. Химической связью называют взаимодействие атомов, причиной которого является стремление системы приобрести устойчивое состояние. Во время взаимодействия свободные внешние электроны атомов объединяются в пары либо внешний электрон одного атома переходит к другому.

Образование химической связи сопровождается выделением энергии. Эта энергия растет с увеличением количества образованных электронных пар и с сокращением расстояния между ядрами атомов.

Основные виды химических связей: ковалентная (полярная и неполярная), ионная, металлическая и водородная. В отличие от всех остальных водородная ближе к молекулярным связям, поскольку может быть как внутри молекулы, так и между разными молекулами.

Как определить тип химической связи:

Ковалентная полярная связь образуется в молекулах неметаллов между атомами со сходной ЭО.

Ковалентная неполярная связь имеет место между атомами с разной ЭО.

Ионная связь ведет к образованию и взаимному притяжению ионов. Она происходит между атомами металла и неметалла.

Металлическая связь бывает только между атомами металлов. Это взаимодействие положительных ионов в кристаллической решетке и свободных отрицательных электронов. Масса рассеянных по всему объему свободных электронов представляет собой «электронное облако».

Водородная связь появляется при условии, что есть атом с высокой ЭО и атом водорода, связанный с другой электроотрицательной частицей ковалентной связью.

Химическая связь и строение молекулы: типом химической связи определяется кристаллическая решетка вещества: ионная, металлическая, атомная или молекулярная.

Определить тип химической связи в 8 классе поможет таблица.

Источник