Ковалентная связь, полярная и неполярная, особенности, формулы и схемы

Ионная связь

Ионная
связь
образуется
между атомами с резко различной
электроотрицательностью (в молекулах
солей, оксидов и гидроксидов).

Рассмотрим
образование ионной связи в молекуле
NaCl:

NaCl:
Na K L 3s1
Na
— 1Na+

Cl
K L 3s2
3p5
Cl
+ 1
Cl-

Na+
+ Cl-
Na+
Cl-

Взаимодействие
друг с другом двух ионов противоположного
знака не может привести к полной взаимной
компенсации их силовых полей (рис.1).

Ионная
связь ненасыщена,
т.к. ион
способен взаимодействовать с соседними
ионами противоположного знака и
ненаправлена,
т.к.
электрическое поле иона имеет сферический
характер.

Рис.1.
Распределение
электрических силовых линий двух
разноименных ионов.

Соединения
с ионным типом химической связи, как
правило, тугоплавки,являются
типичными электролитами и обладают
кристаллической ионной решеткой.

Общая энергия
ионной связи складывается по формуле:

,

где

потенциал ионизации;
энергия сродства;
потенциальная энергия.

3.
Ковалентная связь. Метод валентных
связей. Типы ковалентных молекул. Понятие
о методе молекулярных орбиталей

Химическая
связь, образованная путем обобществления
пары электронов двумя атомами, называется
ковалентной
связью.

В
1919 году впервые теорию о ковалентной
связи высказал американский ученый Г.
Льюс. А в 1925 году В. Гейтлер и Ф. Лондон,
опираясь на теорию Льюиса, решили
уравнение Шредингера для молекулы
водорода. Квантово-механические расчеты
показали, что химическая связь образуется
в результате перекрывания электронных
облаков взаимодействующих атомов
(рис.2).

Рис.2.
Перекрывание электронных облаков при
образовании молекулы водорода.

При
сближении атомов водорода происходит
проникновение их электронных облаков
друг в друга, которое называется
перекрыванием электронных облаков.
Электронная плотность в межъядерном
пространстве увеличивается, ядра
притягиваются к этой зоне, и энергия
системы понижается (рис.3). Однако, при
очень сильном сближении атомов возрастает
отталкивание ядер. Поэтому имеется
оптимальное расстояние между ядрами
(длина связи ), при котором система имеет
минимальную энергию. При таком состоянии
выделяется энергия, называемая энергией
связи . Волновые функции атомов при
этом складываются. Это становится
возможным в том случае, если электроны
взаимодействующих атомов имеют
антипараллельные спины.

Рис.3.
Зависимость энергии систем из двух
атомов с параллельными (1) и антипараллельными
(2) спинами от расстояния между ядрами.

При сближении
атомов с параллельными спинами волновые
функции атома вычитаются, энергия
возрастает, и молекула не образуется.

Особенностями
ковалентной химической связи являются
ее направленность,
насыщаемость, полярность и поляризуемость.
Насыщаемость
ковалентной связи определяется
ограничением числа электронов, находящихся
на внешних оболочках, которые могут
участвовать в образовании ковалентной
связи. Так как атомные орбитали
пространственно ориентированны, то
перекрывание электронных облаков
происходит по определенным направлениям,
что и обуславливает направленность
ковалентной связи. Количественно
направленность выражается в виде
валентных углов между направлениями
химической связи в молекулах и твердых
телах.

Валентный
угол —
это
уголмежду
воображаемыми линиями, проходящими
через ядра химически связанных атомов.
В молекуле воды он составляет
.

Так строение
молекулы воды можно выразить структурной
формулой:

В волновой механике
для описания ковалетной связи рассматривают
два квантово-механических метода:

1) метод валентных
связей;

2) метод молекулярных
орбиталей.

Виды ковалентной связи

Существуют три вида ковалентной химической связи, отличающихся механизмом образования:

1. Простая ковалентная связь. Для её образования каждый из атомов предоставляет по одному неспаренному электрону. При образовании простой ковалентной связи формальные заряды атомов остаются неизменными.

Если атомы, образующие простую ковалентную связь, одинаковы, то истинные заряды атомов в молекуле также одинаковы, поскольку атомы, образующие связь, в равной степени владеют обобществлённой электронной парой. Такая связь называется неполярной ковалентной связью. Такую связь имеют простые вещества, например: О2, N2, Cl2. Но не только неметаллы одного типа могут образовывать ковалентную неполярную связь. Ковалентную неполярную связь могут образовывать также элементы-неметаллы, электроотрицательность которых имеет равное значение, например, в молекуле PH3 связь является ковалентной неполярной, так как ЭО водорода равна ЭО фосфора.

Если атомы различны, то степень владения обобществлённой парой электронов определяется различием в электроотрицательностях атомов. Атом с большей электроотрицательностью сильнее притягивает к себе пару электронов связи, и его истинный заряд становится отрицательным. Атом с меньшей электроотрицательностью приобретает, соответственно, такой же по величине положительный заряд. Если соединение образуется между двумя различными неметаллами, то такое соединение называется ковалентной полярной связью.

2. Донорно-акцепторная связь. Для образования этого вида ковалентной связи оба электрона предоставляет один из атомов — донор. Второй из атомов, участвующий в образовании связи, называется акцептором. В образовавшейся молекуле формальный заряд донора увеличивается на единицу, а формальный заряд акцептора уменьшается на единицу.

3. Семиполярная связь. Её можно рассматривать как полярную донорно-акцепторную связь. Этот вид ковалентной связи образуется между атомом, обладающим неподелённой парой электронов (азот, фосфор, сера, галогены и т. п.) и атомом с двумя неспаренными электронами (кислород, сера). Образование семиполярной связи протекает в два этапа:

1. Перенос одного электрона от атома с неподелённой парой электронов к атому с двумя неспаренными электронами. В результате атом с неподелённой парой электронов превращается в катион-радикал (положительно заряженная частица с неспаренным электроном), а атом с двумя неспаренными электронами — в анион-радикал (отрицательно заряженная частица с неспаренным электроном).
2. Обобществление неспаренных электронов (как в случае простой ковалентной связи).

При образовании семиполярной связи атом с неподелённой парой электронов увеличивает свой формальный заряд на единицу, а атом с двумя неспаренными электронами понижает свой формальный заряд на единицу.

9) Ионная связь.


Ионная связь
— очень прочная
химическая связь, образующаяся между
атомами с большой разностью (>1,5 по
шкале Полинга) электроотрицательностей,
при которой общая электронная пара
переходит преимущественно к атому с
большей электроотрицательностью. Это
притяжение ионов как разноимённо
заряженных тел. Примером может служить
соединение CsF, в котором «степень
ионности» составляет 97 %. Рассмотрим
способ образования на примере хлорида
натрия NaCl. Электронную конфигурацию
атомов натрия и хлора можно представить:
11 Na 1s2 2s2 2p 6 3s1; 17 Cl 1s2 2s2 2p6 Зs2 3р5 Это атомы
с незавершенными энергетическими
уровнями. Очевидно, для их завершения
атому натрия легче отдать один электрон,
чем присоединить семь, а атому хлора
легче присоединить один электрон, чем
отдать семь. При химическом взаимодействии
атом натрия полностью отдает один
электрон, а атом хлора принимает его.
Схематично это можно записать так: Na. —
l е —> Na+ ион натрия, устойчивая
восьмиэлектронная 1s2 2s2 2p6 оболочка за
счет второго энергетического уровня. :Cl
+ 1е —> .Cl — ион хлора, устойчивая
восьмиэлектронная оболочка. Между
ионами Na+ и Cl- возникают силы
электростатического притяжения, в
результате чего образуется соединение.
Ионная связь — крайний случай
поляризации ковалентной полярной связи.
Образуется между типичными металлом и
неметаллом. При этом электроны у металла
полностью переходят к неметаллу.
Образуются ионы.
Если химическая связь
образуется между атомами, которые имеют
очень большую разность электроотрицательностей
(ЭО > 1.7 по Полингу), то общая электронная
пара полностью переходит к атому с
большей ЭО. Результатом этого является
образование соединения противоположно
заряженных ионов:

Между
образовавшимися ионами возникает
электростатическое притяжение, которое
называется ионной связью. Вернее, такой
взгляд удобен. На деле ионная связь
между атомами в чистом виде не реализуется
нигде или почти нигде, обычно на деле
связь носит частично ионный, а частично
ковалентный характер. В то же время
связь сложных молекулярных ионов часто
может считаться чисто ионной. Важнейшие
отличия ионной связи от других типов
химической связи заключаются в
ненаправленности и ненасыщаемости.
Именно поэтому кристаллы, образованные
за счёт ионной связи, тяготеют к различным
плотнейшим упаковкам соответствующих
ионов.

Характеристикойподобных соединений служит хорошая
растворимость в полярных растворителях
(вода, кислоты и т. д.). Это происходит
из-за заряженности частей молекулы. При
этом диполи растворителя притягиваются
к заряженным концам молекулы, и, в
результате Броуновского движения,
«растаскивают» молекулу вещества на
части и окружают их, не давая соединиться
вновь. В итоге получаются ионы, окружённые
диполями растворителя.

При
растворении подобных соединений, как
правило, выделяется энергия, так как
суммарная энергия образованных связей
растворитель-ион больше энергии связи
анион-катион. Исключения составляют
многие соли азотной кислоты (нитраты),
которые при растворении поглощают тепло
(растворы охлаждаются). Последний факт
объясняется на основе законов, которые
рассматриваются в физической химии.

Заимодействия между субъединицами, стабилизирующие четвертичную структуру. Функциональное значение четвертичной структуры белков

Четвертичная
структура

− это надмолекулярное образование,
состоящее из двух и более полипептидных
цепей, связанных между собой нековалентно,
а водородными связями, электростатическими,
диполь-дипольные и гидрофобными
взаимодействиями между остатками
аминокислот, находящихся на поверхности.
Примером может служить молекула
гемоглобина, вирус табачной мозаики
(2130 субъединиц).

Каждый из
белков-участников третичной структуры
при образовании четвертичной структуры
называют субъединицей
или протомером.
Образовавшуюся молекулу называют
олигомером, или мультимером. Олигомерные
белки чаще построены из четного количества
протомеров с одинаковыми или разными
молекулярными массами. В образовании
четвертичной структуры белка принимают
участие те же связи, что и при образовании
третичной структуры, за исключением
ковалентных.

Объединение
белковых молекул третичной структуры
без появления новых биологических
свойств называют агрегированным
состоянием. Как четвертичная структура,
так и агрегированное состояние могут
быть обратимо разрушены с применением
детергентов, в частности, додецилсульфата
натрия или неионных детергентов типа
тритона. Очень часто для разрушения
четвертичной структуры исследуемый
белок нагревают при 100С
в присутствии 1%-ного 2-меркаптоэтанола
и 2%-ного додецилсульфата натрия. В таких
условиях восстанавливаются -S-S-связи
между остатками Cys,
которые в некоторых случаях удерживают
субъединицы четвертичной структуры.

Субъединицы,
образующие четвертичную структуру
белка, могут быть различными как по
строению, так и по функциональным
свойствам (гетеромеры). Это позволяет
объединить в одной структуре несколько
взаимосвязанных функций, создать
полифункциональную молекулу. Например,
в протеинкиназе, стехиометрия червертичной
структуры которой отвечает формуле
С2R2,
субъединица С ответственна за
ферментативную активность, осуществляя
перенос фосфатного остатка от АТР на
белок; субъединица R
является регуляторной. В отсутствие
циклического АМР последняя связана с
С-субъединицей и ингибирует ее. При
образовании комплекса с сАМР четвертичная
структура распадается и С-субъединицы
оказываются способными фосфорилировать
белковые субстраты. В гомомерных белках
субъединицы одинаковы.

Подавляющая
часть белков, имеющих четвертичную
структуру, приходится на димеры, тетрамеры
и гексамеры, последние встречаются у
белков с молекулярной массой, большей
100 кДа.

Характерной
особенностью белков с четвертичной
структурой является их способность к
самосборке. Взаимодействие протомеров
осуществляется с высокой специфичностью,
благодаря образованию десятка слабых
связей между контактными поверхностями
субъединиц, поэтому ошибки при формировании
четвертичной структуры белков исключены.

Практически все
белки-ферменты имеют четвертичную
структуру и состоят, как правило, из
четного числа протомеров (двух, четырех,
шести, восьми). Четвертичная структура
белка подразумевает такое объединение
белков третичной структуры, при котором
появляются новые биологические свойства,
не характерные для белка в третичной
структуре
. В частности, такие эффекты,
как кооперативный
и аллостерический,
характерны лишь для белков с четвертичной
структурой.

Четвертичная
структура – последний уровень в
организации белковой молекулы, причем
не обязательный – до половины известных
белков ее не имеют.

Подчинение и его способы

Смысловое соединение есть во всех конструкциях, а грамматическое – нет. Основные виды словосочетаний определяют по форме его составных элементов. Смотрим, изменяемые это части речи или нет, какой вид они имеют, какие средства связи слов в конструкции. Чтобы быстро определять тип соединения, нужно уметь изменять словоформы по падежам и лицам.

Существует 3 типа грамматической связи слов в минимальных синтаксических единицах. Рассмотрим подробно каждый из них.

Согласование

Способ сочетания, при котором зависимое слово принимает форму главного: шляпа (какая?) красивая. Оба члена имеют одинаковые падеж, род, число.

Согласование Внимание! Изменяется основной компонент – изменяется и второстепенный: шляпой красивой, шляпами красивыми, о шляпах красивых. Оба элемента в таких конструкциях – изменяемые части речи

Поэтому средства связи слов в сочетаниях такого типа – смысл и грамматический вид

Оба элемента в таких конструкциях – изменяемые части речи. Поэтому средства связи слов в сочетаниях такого типа – смысл и грамматический вид.

Главное Зависимое Примеры
Существительное и те словоформы, которые могут выполнять его функцию Прилагательное Что-то (какое?) красивое,

небо (какое?) голубое,

столовая (какая?) чистая

Причастие Ученик (какой?) читающий,

река (какая?) замерзшая

Числительное Дом (который?) второй,

в городах (скольких?) трех,

руками (сколькими?) обеими

Местоимение Человек (какой?) какой-то,

смысла (какого?) никакого,

тарелка (чья?) моя

Существительное (приложение) Девочка (какая?) Оля,

глаза (какие?) бусинки (глаза-бусинки)

Управление

Главное слово управляет зависимым, ставит его в необходимую форму: пришел (с кем?) с другом – глагол указывает существительному на форму Т.п. Если изменить словоформу ведущего элемента, ведомый останется в том же падеже. Например: приду с другом, пришли с другом, придет с другом.

Управление

Грамматические средства в этих конструкциях – смысл и падежная форма. Только при управлении между частями может ставиться предлог: думать о звездах, накричать на соседа, лететь навстречу ветру.

При управлении второстепенные слова – изменяемые части речи, так как соединяются с помощью падежных окончаний и/или предлогов.

Главное Зависимое Примеры
Глагол,

деепричастие, существительное, причастие, прилагательное,

числительное,

местоимение.

Существительное Приехать (к кому?) к другу,

записывая (что?) лекцию,

прочитана (кем?) мальчиком,

память (о чем?) о прошлом,

три (кого?) сестры,

не нужен (кому?) никому.

Местоимение Спросил (у кого?) у кого-то,

увидел (что?) нечто,

подарок (кому?) ему

Прилагательное, называющее предмет Узнать (о ком?) о неизвестном,

принесли (что?) горячее

Причастие, называющее предмет Множество (кого?) собравшихся,

приветствовать (кого?) отдыхающих

Необходимо различать! Числительное в именительном и винительном падежах командует существительным. Это управление: пять собак, трое мальчиков. Если числительное стоит в других падежах, то это согласование: пятью собаками, о пяти собаках, с тремя мальчиками, о трех мальчиках.

Примыкание

К главному компоненту примыкает неизменяемая часть речи: ехать (куда?) вперед. Средство соединения здесь одно – смысл, потому что ведомое слово не может принять иной вид. Можно выделить дополнительные средства соединения в таких конструкциях – порядок слов и интонацию.

Примыкание

Зависимые компоненты в примыкании – неизменяемые, поэтому средство грамматической связи отсутствует. Ведущее слово – любая часть речи.

Главное Зависимое Примеры
Глагол,

существительное,

наречие,

прилагательное,

причастие,

деепричастие,

местоимение

Наречие Приехал (когда?) вчера,

дом (какой?) напротив,

быстро (в какой степени?) очень

Деепричастие Говорил (каким образом?) заикаясь
Инфинитив Мечта (какая?) жениться,

пришел (с какой целью?) поговорить

Неизменяемое имя прилагательное Цвет (какой?) хаки
Сравнительная степень имени прилагательного Новость (какая?) поважнее,

некто (какой?) поинтереснее

Притяжательными местоимениями (его, ее, их) Квартира (чья?) его,

ребенок (чей?) их

Существительное (несогласованное приложение) Пьеса (какая?) «Бесприданница»,

роман (какой?) «Война и мир»

Ковалентная неполярная химическая связь

Характерна для простых веществ неметаллов. Электроны принадлежат атомам в равной степени, и смещения электронной плотности не происходит.

Примером могут служить следующие молекулы:

H2, O2, О3, N2, F2, Cl2.

Исключением являются инертные газы. Их внешний энергетический уровень заполнен полностью, и образование молекул им энергетически не выгодно, в связи с чем они существуют в виде отдельных атомов.

Также примером веществ с неполярной ковалентной связью будет, например, РН3. Несмотря на то, что вещество состоит из различных элементов, значения электроотрицательностей элементов фактически не различаются, а значит, смещения электронной пары происходить не будет.

Энергия мужчины и женщины

Но энергетическая связь на этом не заканчивается. Есть и другая сторона медали, которая рассказывает о взаимодействии в этом случае мужчины с женщиной. Подобной сферой занимается тантрическое учение. По нему известно, что мужчина заряжается энергией сверху, а женщина — снизу. Соответственно, он отвечает за идейную составляющую, а она занята энергией силы.

Эзотерики считают, что чем активнее партнеры проявляют свою заинтересованность друг в друге, тем сильнее и разнообразнее связь между ними. Серьезные же отношения приводят к тесной связи по всем энергетическим центрам. Именно поэтому любовники начинают ощущать друг друга на расстоянии, поскольку привязаны каналами.

Если у пары здоровые отношения, то энергетическая связь будет только подпитывать партнеров. Каждый будет получать только яркую и пульсирующую энергию. Если взаимоотношения нездоровые, то один становится зависим от другого, а связь превращается в тусклую и тяжелую. Так возникает агрессия, злость, обида и пр.

σ-связь и π-связь

Основные статьи: Пи-связь, Сигма-связь

Сигма (σ)-, пи (π)-связи — приближенное описание видов ковалентных связей в молекулах различных соединений, σ-связь характеризуется тем, что плотность электронного облака максимальна вдоль оси, соединяющей ядра атомов. При образовании π{\displaystyle \pi }-связи осуществляется так называемое боковое перекрывание электронных облаков, и плотность электронного облака максимальна «над» и «под» плоскостью σ-связи. Для примера возьмем этилен, ацетилен и бензол.

В молекуле этилена С2Н4 имеется двойная связь СН2=СН2, его электронная формула: Н:С::С:Н. Ядра всех атомов этилена расположены в одной плоскости. Три электронных облака каждого атома углерода образуют три ковалентные связи с другими атомами в одной плоскости (с углами между ними примерно 120°). Облако четвёртого валентного электрона атома углерода располагается над и под плоскостью молекулы. Такие электронные облака обоих атомов углерода, частично перекрываясь выше и ниже плоскости молекулы, образуют вторую связь между атомами углерода. Первую, более прочную ковалентную связь между атомами углерода называют σ-связью; вторую, менее прочную ковалентную связь называют π{\displaystyle \pi }-связью.

В линейной молекуле ацетилена

Н—С≡С—Н (Н : С ::: С : Н)

имеются σ-связи между атомами углерода и водорода, одна σ-связь между двумя атомами углерода и две π{\displaystyle \pi }-связи между этими же атомами углерода. Две π{\displaystyle \pi }-связи расположены над сферой действия σ-связи в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Все шесть атомов углерода циклической молекулы бензола С6H6 лежат в одной плоскости. Между атомами углерода в плоскости кольца действуют σ-связи; такие же связи имеются у каждого атома углерода с атомами водорода. На осуществление этих связей атомы углерода затрачивают по три электрона. Облака четвёртых валентных электронов атомов углерода, имеющих форму восьмерок, расположены перпендикулярно к плоскости молекулы бензола. Каждое такое облако перекрывается одинаково с электронными облаками соседних атомов углерода. В молекуле бензола образуются не три отдельные π{\displaystyle \pi }-связи, а единая π{\displaystyle \pi }-электронная система из шести электронов, общая для всех атомов углерода. Связи между атомами углерода в молекуле бензола совершенно одинаковые.

Характеристика духовной связи

Как понять, что ваши отношения уже переросли в нечто больше, а невидимая нить связывает ваши души и дух? Можете присмотреться к основным параметрам таких взаимоотношений.

Зачастую такие люди живут настоящим. Нет, они, конечно, занимаются планированием своего будущего, думают о совершенствовании, но стараются всегда наслаждаться моментом. Они ценят то, что у них уже есть, не оглядываются назад, но и не строят воздушные замки.

Терпение — ключевой момент в отношениях. Если вы умеете себя сдерживать, терпеливо ожидаете, пока партнер выскажет свою точку зрения, а также легко относитесь к его индивидуальности, значит, духовная связь уже налажена

Обычно такие люди не обращают внимание на бытовые ссоры. Даже если возникают какие-то противоречия, они не боятся обсудить их и в дальнейшем работать над ними

Крайне важна в таких отношениях и поддержка. В какой-то момент вы начинаете понимать, что все, за что бы вы ни брались, вызывает у вашего партнера положительные эмоции. Вы захотели играть на гитаре, он только рад, что вечерами будет слушать музыку. Вы решили пойти на кулинарные курсы, это всегда полезное умение. И даже если у вас что-то не получается, он всегда найдет слова поддержки или просто помолчит в обнимку.

Такая связь между людьми помогает вам понять, что вы не идеальны. При этом вы не бросаетесь на поиски совершенства, а помогаете друг другу бороться со своими недостатками.

Наконец, духовная связь заставляет забыть об эгоизме. Вы ощущаете, в чем нуждается ваш партнер, а значит, легко можете закрыть глаза на свои желания и помочь ему именно в этот момент. У вас пропадает дух соперничества и появляется сила «сражаться» вместе за общее дело.

Образование связи

Ковалентная связь образуется парой электронов, поделённой между двумя атомами, причём эти электроны должны занимать две устойчивые орбитали, по одной от каждого атома.

A· + ·В → А: В

В результате обобществления электроны образуют заполненный энергетический уровень. Связь образуется, если их суммарная энергия на этом уровне будет меньше, чем в первоначальном состоянии (а разница в энергии будет ни чем иным, как энергией связи).

Заполнение электронами атомных (по краям) и молекулярных (в центре) орбиталей в молекуле H2. Вертикальная ось соответствует энергетическому уровню, электроны обозначены стрелками, отражающими их спины.

Согласно теории молекулярных орбиталей, перекрывание двух атомных орбиталей приводит в простейшем случае к образованию двух молекулярных орбиталей (МО): связывающей МО и антисвязывающей (разрыхляющей) МО. Обобществлённые электроны располагаются на более низкой по энергии связывающей МО.

Образование связи при рекомбинации атомов

Основная статья: Межатомное взаимодействие

Атомы и свободные радикалы склонны к рекомбинации — образованию ковалентной связи путём обобществления двух неспаренных электронов, принадлежащих разным частицам.

H + H → H2;

·CH3 + ·CH3 → CH3 — CH3.

Образование связи при рекомбинации сопровождается выделением энергии. Так, при взаимодействии атомов водорода выделяется энергия в количестве 436 кДж/моль. Этот эффект используют в технике при атомно-водородной сварке. Поток водорода пропускают через электрическую дугу, где генерируется поток атомов водорода. Атомы затем вновь соединяются на металлической поверхности, помещаемой на небольшое расстояние от дуги. Металл может быть таким путём нагрет выше 3500°C. Большим достоинством «пламени атомного водорода» является равномерность нагрева, позволяющая сваривать очень тонкие металлические детали.

Однако, механизм межатомного взаимодействия долгое время оставался неизвестным. Лишь в 1930 г. Ф. Лондон ввёл понятие дисперсионное притяжение — взаимодействие между мгновенным и наведённым (индуцированными) диполями. В настоящее время силы притяжения, обусловленные взаимодействием между флуктуирующими электрическими диполями атомов и молекул носят название «Лондоновские силы».

Энергия такого взаимодействия прямо пропорциональна квадрату электронной поляризуемости α и обратно пропорциональна расстоянию между двумя атомами или молекулами в шестой степени.

Образование связи по донорно-акцепторному механизму

Кроме изложенного в предыдущем разделе гомогенного механизма образования ковалентной связи, существует гетерогенный механизм — взаимодействие разноименно заряженных ионов — протона H+ и отрицательного иона водорода H-, называемого гидрид-ионом:

H+ + H- → H2

При сближении ионов двухэлектронное облако (электронная пара) гидрид-иона притягивается к протону и в конечном счёте становится общим для обоих ядер водорода, то есть превращается в связывающую электронную пару. Частица, поставляющая электронную пару, называется донором, а частица, принимающая эту электронную пару, называется акцептором. Такой механизм образования ковалентной связи называется донорно-акцепторным.

Распределение электронной плотности между ядрами в молекуле водорода одно и то же, независимо от механизма образования, поэтому называть химическую связь, полученную по донорно-акцепторному механизму, донорно-акцепторной связью некорректно.

В качестве донора электронной пары, кроме гидрид-иона, выступают соединения элементов главных подгрупп V—VII групп периодической системы элементов в низшей степени окисления элемента. Так, ещё Йоханнес Брёнстед установил, что протон не существует в растворе в свободном виде, в воде он образует катион оксония:

H+ + H2O → H3O+

Протон атакует неподелённую электронную пару молекулы воды и образует устойчивый катион, существующий в водных растворах кислот.

Аналогично происходит присоединение протона к молекуле аммиака с образованием комплексного катиона аммония:

NH3 + H+ → NH4+

Таким путём (по донорно-акцепторному механизму образования ковалентной связи) получают большой класс ониевых соединений, в состав которого входят аммониевые, оксониевые, фосфониевые, сульфониевые и другие соединения.

В качестве донора электронной пары может выступать молекула водорода, которая при контакте с протоном приводит к образованию молекулярного иона водорода H3+:

H2 + H+ → H3+

Связывающая электронная пара молекулярного иона водорода H3+ принадлежит одновременно трём протонам.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий