Donoro ir priėmimo mechanizmas: pavyzdžiai. Kas yra donoro-priimtojo mechanizmas?

Cheminis ryšys yra ryšys tarp dviejų ar daugiau atomų (molekulių) organiniame ar neorganiniame junginyje. Jis susidaro, kai sumažėja visos sistemos energijos kiekis.

Ar visi elementai gali sudaryti chemines jungtis?

Visi periodinės lentelės elementai yra skirtingigebėjimas formuoti bendravimą. Stabiliausi ir dėl to chemiškai neaktyvūs yra tauriųjų (inertinių) dujų atomai, nes ant išorinio elektronų apvalkalo yra du ar aštuoni elektronai. Jie sudaro nedaug obligacijų. Pavyzdžiui, neonas, helis ir argonas nesudaro cheminių ryšių su jokiu elementu, o ksenonas, kriptonas ir radonas gali reaguoti su fluoro ir vandens molekulėmis.

Kitų elementų atomai išoriniai lygiai nėra baigti ir turi nuo vieno iki septynių elektronų, todėl, norėdami padidinti korpusų stabilumą, jie sudaro chemines jungtis.

Cheminių ryšių tipai

Yra keletas bendravimo tipų:

1. Kovalentinis.
2. Joninis.
3. Metalinis.
4. Vandenilis.

Kovalentinė jungtis

Šio tipo jungtis susidaro tarp atomųmolekulė dėl socializacijos ar valentinės elektronų poros sutapimo. Atitinkamai yra kovalentinio ryšio susidarymo mainų (a) ir donoro-akceptoriaus (b) mechanizmai. Atskiras atvejis yra datinis ryšys, kuris bus aptartas toliau.

Kovalentinis ryšys: mainų mechanizmas

Išorinio lygio atomai nesusiporavoelektronai. Bendraujant išoriniai apvalkalai sutampa. Išoriniuose lygiuose esančių pavienių elektronų sukimai priešais lygiagrečius sujungia elektronų porą, bendrą abiem atomams. Ši elektronų pora iš tikrųjų yra kovalentinė jungtis, kurią sukuria mainų mechanizmas, pavyzdžiui, vandenilio molekulėje.

Kovalentinis ryšys: donoro ir akceptoriaus mechanizmas

Šis mechanizmas susideda iš bendravimodu išorinių lygių dviejų elektronų atomai. Šiuo atveju vienas iš atomų veikia kaip donoras (teikia du elektronus), o kitas - akceptorius (turi laisvą elektronų orbitą). S ir p elementų atomai gali būti arba akceptoriai, arba elektronų donorai. D elemento atomai gali būti ir donorais, ir akceptoriais.

Norėdami suprasti, koks yra donoro ir akceptoriaus mechanizmas, apsvarstykite du paprasčiausius pavyzdžius - hidronio katijonų H susidarymą₃Oh⁺ ir amonio NH₄⁺.

Donoro ir akceptoriaus mechanizmo pavyzdys yra amonio katijonas

Schemiškai amonio dalelės susidarymo reakcija yra tokia:

NH₃+ H⁺= NH₄⁺

N atomo elektronai pasiskirsto tokia tvarka: 1s² 2s² 2p³.

Elektroninė H: 1s katijono struktūra⁰.

Azoto atome išoriniame lygyje yra du s irtrys p-elektronai. Trys p-elektronai dalyvauja formuojant tris kovalentinio mainų tipo jungtis azoto-vandenilio N-H. Dėl to susidaro amoniako molekulė NH₃ su kovalentiniu ryšiu. Kadangi azoto atomas N išoriniame lygyje turi elektronų pora, NH₃ taip pat gali pridėti vandenilio katijoną. Amoniako molekulė yra donoras, o vandenilio katijonas - H⁺ - akceptorius, priimantis donoro elektronus iš azoto į savo laisvąją s-orbitą.

Donoro-akceptoriaus mechanizmo pavyzdys yra H3O (hidronio jonas)

Deguonies atome esantys elektronai pasiskirsto tokia tvarka: 1s² 2s² 2p⁴.

Deguonies atomas išoriniame lygyje turi dvi s irketuri p-elektronai. Remiantis tuo, du laisvi p-elektronai ir du s-elektronai iš dviejų H atomų dalyvauja formuojant H-O jungtis.₂O - kovalentinis, suformuotas mainų mechanizmo.

Elektroninė vandenilio katijono struktūra: 1s⁰.

Kadangi deguonies atomas yra išoriniame lygyjevis dar yra du elektronai (s tipo), jis gali sudaryti trečiąjį kovalentinio tipo ryšį donoro-akceptoriaus mechanizmu. Akceptoriumi gali būti atomas su laisva orbita, šiame pavyzdyje tai yra dalelė H⁺... Laisva s-orbita H⁺ užima du deguonies atomo elektronus.

Donoro ir akceptoriaus mechanizmas kovalentiniam ryšiui tarp neorganinių molekulių susidaryti

Kovalentinio ryšio donoro ir akceptoriaus mechanizmasyra įmanoma ne tik sąveikaujant „atomo-atomo“ ar „molekulės-atomo“ tipui, bet ir vykstant reakcijoms tarp molekulių. Vienintelė kinetiškai nepriklausomų molekulių donoro ir akceptoriaus sąveikos sąlyga yra entropijos sumažėjimas, kitaip tariant, padidėja cheminės struktūros tvarka.

Panagrinėkime pirmąjį pavyzdį - aprozės rūgšties (Lewiso rūgšties) NH susidarymą₃Bf₃... Šis neorganinis kompleksas susidaro pridedant amoniako molekulę ir boro fluoridą.

NH₃+ BF₃= NH₃Bf₃

Boro atomo elektronai pasiskirsto tokia tvarka: 1s² 2s² 2p¹.

Sužadinus atomą B, vienas s tipo elektronas pereina į p-pakopą (1s² 2s¹ 2p²). Taigi išoriniame sužadinto boro atomo lygyje yra du s ir du p elektronai.

BF molekulėje₃ susidaro trys kovalentiniai boro-fluoro B-F ryšiaimainų tipas (boro ir fluoro atomai suteikia po vieną elektroną). Suformavus tris kovalentinius ryšius boro atome, ant išorinio elektronų apvalkalo lieka laisvas p-pakopas, dėl kurio boro fluorido molekulė gali veikti kaip elektronų akceptorius.

Elektronai azoto atome pasiskirsto tokia tvarka: 1s² 2s² 2p³.

Dalyvauja trys elektronai iš N ir H atomųazoto ir vandenilio jungties susidarymas. Po to azotas vis dar turi du s tipo elektronus, kuriuos jis gali sudaryti ryšį donoro-akceptoriaus mechanizmu.

Boro trifluorido ir amoniako sąveikos reakcijoje NH₃ vaidina elektronų donoro vaidmenį, o BF₃ - akceptorius. Azoto elektronų pora užima laisvąją boro fluoro orbitą ir susidaro cheminis junginys NH₃Bf₃.

Kitas donoro ir akceptoriaus ryšio susidarymo mechanizmo pavyzdys yra berilio fluoro polimero gamyba.

Reakcija yra schematiškai tokia:

BeF₂+ BeF₂+… + BeF₂-> (BeF₂)_n

Elektronai Be atome yra išdėstyti taip - 1s² 2s², o F atome - 1s² 2s² 2p⁵.

Du berilio ir fluoro ryšiai berilio fluoro molekulėje yra kovalentinio mainų tipo (dalyvauja du p-elektronai iš dviejų fluoro atomų ir du berilio atomo s-pakopos elektronai).

Tarp poros berilio (Be) ir fluoro (F) atomųdonoro ir akceptoriaus mechanizmu susidaro dar dvi kovalentinės jungtys. Berilio fluoro polimere fluoro atomas yra elektronų donoras, berilio atomas yra jų akceptorius, turintis laisvą orbitą.

Kovalentinio ryšio tarp organinių molekulių susidarymo donoro ir akceptoriaus mechanizmas

Kai susidaro ryšys apiepagal nagrinėjamą organinės gamtos molekulių mechanizmą susidaro sudėtingesni junginiai - kompleksai. Bet kuriame organiniame junginyje, turinčiame kovalentinį ryšį, yra ir užimtų (neprivalančių ir nesiejančių), ir tuščių orbitalių (purenančių ir nesusijungiančių). Donorų ir akceptorių kompleksų susidarymo galimybę lemia komplekso stabilumo laipsnis, kuris priklauso nuo ryšio stiprumo.

Apsvarstykite pavyzdį - sąveikos reakcijametilamino molekules su druskos rūgštimi, kad susidarytų metilamonio chloridas. Metilamino molekulėje visi ryšiai yra kovalentiniai, susidarantys mainų mechanizmu - dvi H-N jungtys ir viena N-CH jungtys₃... Sujungus su vandeniliu ir metilugrupėje azoto atomas turi s tipo elektronų porą. Kaip donoras, jis teikia šią elektronų porą vandenilio atomui (akceptoriui), turinčiam laisvą orbitą.

Donoro ir akceptoriaus mechanizmas nesusidarant cheminiam ryšiui

Ne visais atvejais, kai priimamas donorassąveika yra elektronų poros socializacija ir ryšio susidarymas. Kai kurie organiniai junginiai gali sujungti vienas kitą, sutampydami užpildytą donoro orbitą su tuščia akceptoriaus orbita. Įvyksta krūvio perkėlimas - tarp akceptoriaus ir donoro yra delokalizuojami elektronai, kurie yra labai arti vienas kito. Susidaro krūvio perkėlimo kompleksai (CTC).

Ši sąveika būdinga pi-sistemoms,kurio orbitos lengvai sutampa ir elektronai lengvai poliarizuojami. Metalocenai, nesotieji amino junginiai, TDAE (tetrakis (dimetilamino) etilenas) gali veikti kaip donorai. Fulerenai ir chinodimetanai su akceptoriniais pakaitalais dažnai yra akceptoriai.

Mokestis gali būti dalinis arba pilnas. Visiškas krūvio perdavimas įvyksta foto sužadinant molekulę. Tai sudaro kompleksą, kurį galima stebėti spektriškai.

Nepriklausomai nuo mokesčio perdavimo išsamumo, tokskompleksai nestabilūs. Norint padidinti tokios būsenos stiprumą ir gyvenimą, papildomai įvedama tiltinė grupė. Todėl donorų-akceptorių sistemos sėkmingai naudojamos saulės energijos konversijos įtaisuose.

Kai kuriose organinėse molekulėse ryšysdonoro ir akceptoriaus mechanizmas susidaro molekulės viduje tarp donoro ir akceptoriaus grupių. Šis sąveikos tipas vadinamas transanuliniu efektu, būdingu, pavyzdžiui, atranams (organoelementų junginiai, turintys N-> B, N-> Si ryšius).

Puspolinis ryšys arba Datyvinis ryšių susidarymo mechanizmas

Be mainų ir donorų-priėmėjų, yratrečiasis mechanizmas yra datinis (kiti pavadinimai yra puspolinis, puspolinis arba koordinacinis ryšys). Donoro atomas dovanoja elektronų porą laisvai neutralaus atomo orbitai, kuriai reikia dviejų elektronų, kad užbaigtų išorinį lygį. Yra tam tikras elektronų tankio perėjimas iš akceptoriaus į donorą. Tokiu atveju donoras tampa teigiamai įkrautas (katijonas), o akceptorius - neigiamai (anijonas).

Tikrasis cheminis ryšys susidaro dėljungiamasis apvalkalas (vieno iš atomų dviejų suporuotų elektronų sutapimas su kito išorine laisva orbita) ir elektrostatinė trauka, atsirandanti tarp katijono ir anijono. Taigi kovalentinis ir joninis tipai sujungiami puspoliniame ryšyje. Pusiau polinis ryšys būdingas d-elementams, kurie skirtinguose junginiuose gali atlikti tiek akceptoriaus, tiek donoro vaidmenį. Daugeliu atvejų jis yra sudėtingose ​​ir organinėse medžiagose.

„Dative Link“ pavyzdžiai

Paprasčiausias pavyzdys yra chloro molekulė.Vienas Cl atomas dovanoja elektronų porą kitam chloro atomai, turinčiam laisvą d-orbitą. Šiuo atveju vienas Cl atomas yra įkrautas teigiamai, kitas neigiamai ir tarp jų atsiranda elektrostatinė trauka. Dėl savo ilgio datinis ryšys turi mažesnį stiprumą, palyginti su kovalentinio mainų ir donoro-akceptoriaus tipu, tačiau jo buvimas padidina chloro molekulės stiprumą. Štai kodėl Cl₂ stipresnis už F₂ (fluoro atomas neturi d-orbitalių, fluoro-fluoro ryšys yra tik kovalentinis mainas).

Anglies monoksido CO (anglies monoksido) molekulėsuformuotas trijų C-O ryšių. Kadangi deguonies ir anglies atomai išoriniame lygyje turi du pavienius elektronus, tarp jų susidaro dvi kovalentinės mainų jungtys. Po to anglies atomas turi laisvą orbitą, o O atomas turi dvi elektronų poras išoriniame lygyje. Todėl anglies monoksido (II) molekulėje yra trečioji jungtis - puspolinė, susidariusi dėl dviejų valentinių porinių deguonies elektronų ir laisvos anglies orbitos.

Apsvarstykite sudėtingesnį pavyzdį - šio tipo jungčių susidarymas dimetilo eterio (Н3С-О-СН) sąveikos pavyzdžiu₃) su aliuminio chloridu AlCl₃... Dimetilo eteryje esantis deguonies atomas yra sujungtas dviemkovalentiniai ryšiai su metilo grupėmis. Po to jis dar turi dar du elektronus p-pakopoje, kuriuos jis atiduoda akceptoriaus atomui (aliuminiui) ir tampa teigiamuoju katijonu. Tokiu atveju akceptoriaus atomas įgyja neigiamą krūvį (virsta anijonu). Katijonas ir anijonas sąveikauja elektrostatiškai.

Donoro ir akceptoriaus obligacijų vertė

Donoro ir akceptoriaus ryšių susidarymo mechanizmasyra svarbus žmogaus gyvenime ir yra plačiai paplitęs tiek organinio, tiek neorganinio pobūdžio cheminiuose junginiuose, tai patvirtina aukščiau aptarti pavyzdžiai. Amonio alkoholis, kuriame yra amonio katijono, sėkmingai naudojamas kasdieniame gyvenime, medicinoje ir pramoninėje trąšų gamyboje. Hidronio jonas vaidina svarbų vaidmenį tirpinant rūgštis vandenyje. Anglies monoksidas naudojamas pramonėje (pavyzdžiui, gaminant trąšas, lazerines sistemas) ir turi didelę reikšmę fiziologinėse žmogaus organizmo sistemose.