Home  / Учебник ОБЩАЯ ХИМИЯ / Глава 4. Химическая связь / Донорно-акцепторная связь

Донорно-акцепторная связь

В процессе образования ковалентной связи связанные электроны проникают во внешнюю оболочку обоих связываемых атомов. Соответственно, количество электронов на внешних оболочках этих атомов увеличивается на один электрон.

Существует и другой механизм образования связи: за счет пары электронов только ОДНОГО из взаимодействующих атомов.

В результате образования молекулы атом Х может дополнить свою оболочку до 8 электронов, однако в образовании связи будут принимать участие не все 8 электронов, а только часть. Электроны, не принимающие участия в образовании химических связей, считаются свободными, несвязанными. 

Атом Y может отдать все свои электроны для образования связей, однако в результате обобществления электронов с другим атомом иметь на внешней оболочке менее 8 электронов.

Атомы со свободными (несвязанными) электронами являются донорами электронов при образовании донорно-акцепторной химической связи. Их партнерами, в первую очередь, становятся  это те атомы, чьи оболочки содержат менее 8 электронов. Это  атомы в молекулах, образованных элементами 2-го и 3-го периодов (с числом электронов во внешнем слое менее 4). 

Атомы натрия (Na), магния (Mg) и алюминия (Al) после образования максимального числа ковалентных связей, к примеру, после образования молекул NaF, MgF₂, AlF₃ содержат соответственно 2, 4 и 6 электронов во внешней оболочке. Внешние оболочки атомов Na, Mg и Al имеют менее 8 электронов, т.е.  остаются ненасыщенными.

Атомы азота (N), кислорода (O) и фтора (F) в соединениях  аммоний (NH₃), вода (H₂O) и фторид водорода (HF) содержат соответственно 2, 4 и 6 электронов во внешних оболочках, которые не принимают участия в образовании химических связей, т.е. их считают свободными. Поскольку в образованных соединениях NH₃, H₂O и HF во внешних оболочках атомов N, O и F находится 8 электронов, свободные, несвязанные электроны не могут участвовать в образовании ковалентной связи из-за того, что внешняя оболочка этих атомов насыщена электронами.  

Хорошо известны следующие устойчивые соединения:       

H₃B ← NH₃;  H₃B ← N(CH₃)₂;  F₃B ←NH₃;  F₃B ←O(CH₃)₂;  Cl₂Be ←O(C₂H₅)₂;  Cl₃Al ←NH₃; и др.  

 Стрелочки (←) здесь обозначают связи донор-акцептор.

Доноры (атомы N и O) в этих примерах отдают 2 электрона. Акцепторами являются B, Be и Al.

При образовании донорно-акцепторной связи атомы-акцепторы увеличивают число электронов в своих внешних оболочках на 2.

По правилам образования донорно-акцепторной связей, инертные газы могут образовывать Д-А связи как доноры пар электронов с атомами, имеющими 6 электронов на внешней оболочке, и синтез XeO, XeO₂ и XeO₃ является опытным подтверждением этого положения. 

Не только нейтральные атомы и молекулы могут играть роль доноров электронов и акцепторов, но и положительно и отрицательно заряженные атомы и молекулы, т.е. катионы и анионы.

Так, например, аммиак (NH₃) и катион водорода (H⁺) образуют катион (NH₄⁺), где один атом связан с азотом за счет электронов азота. Анион (Cl^-) является донором пары электронов в  ионах (ClO) ^-.

Энергия связи между Al и N в соединении Cl₃Al←NH₃ составляет 165 кДж/моль; в то время как энергия ковалентной связи между Al и N равняется около 400 кДж/моль.

Молекула NaCl образована из атомов натрия и хлора. У хлора 8 электронов во внешней оболочке, тогда так у натрия - только 2. То есть, внешняя оболочка натрия не заполнена. С другой стороны, только 2 электрона из заполненной оболочки хлора принимают участие в образовании гетерополярной связи Na-Cl. Шесть электронов (3 пары) во внешней оболочке Cl не участвуют в образовании связи. То есть, в случае молекулы NaCl, натрий может связать еще 6 электронов, в то время как хлор может предложить 6 электронов для связывания. Таким образом, одна молекула NaCl может связать другую молекулу NaCl с образованием димера Na₂Cl₂.

Молекула Na₂Cl₂ была получена экспериментальным путем, и измерена энергия ее образования 2NaCl → Na₂Cl₂ . Эта энергия равняется 186 кДж/моль (одна донорно-акцепторная связь равна 93 кДж/моль). Энергия связи мономера NaCl равняется 410 кДж/моль, тогда так энергии связей Na - Na и Cl - Cl составляют, соответственно, 75 кДж/моль и 238 кДж/моль, т.е. донорно-акцепторная связь намного слабее, чем ковалентная связь. Как правило, энергия  донорно-акцепторной связи равна ½ энергии ковалентной связи.

Одной из главных причин сравнительно слабой донорно-акцепторной связи, является следующее. При вычислении энергии связи энергия электронов исходных атомов, принимающих участие в формировании связи, вычитается из вычисленной энергии молекулы. Энергия ионизации двух несвязанных электронов хлора в NaCl превышает сумму ПЭИ обоих атомов: натрия и хлора.

Энергия электронов в атомах, связанных посредством химических донорно-акцепторных связей, меньше, чем  энергия этих электронов в разделенных атомах. Выигрыша в энергии при образовании связи по этой составляющей нет.

Принципы образования связи в многоэлектронных атомах >>

Потенциал ионизации и энергия связи в двухатомных молекулах >>

Энергия связи >>

Длина связи >>

G-теория химической связи >>  

Правило валентности >>

Донорно-акцепторная связь

Ван-дер-ваальсовая связь >>

Изомеризация. Динамическая связь >>

Основы стереохимии >>