Механизм образования ковалентной связи

Общая электронная пара может образоваться в результате взаимодействия двух атомов, имеющих непарные электроны с антипараллельными спинами (обменный механизм) или одного атома, имеющего неподелённую электронную пару и другого атома, имеющего свободную атомную орбиталь (донорно-акцепторный механизм). Обменный механизм иллюстрируется рис. 2.6, где показано образование молекулы азота.

Рис. 2.6 ─ Обменный механизм образования химической связи

в молекуле азота

Атом азота на внешнем электронном уровне имеет три непарных электрона, а поэтому при образовании молекулы азота возникают три ковалентные связи. Количественной мерой валентности в обменном механизме метода ВС считают число непарных электронов у атома в основном или возбуждённом состоянии атома. В данном случае азот трёхвалентен.

При образовании химической связи атом может переходить в возбуждённое состояние (состояние активированного комплекса в химической кинетике), что сопровождается распариванием электронных пар, если есть свободные АО в пределах данного или более низкого электронного уровня. Валентность атомов элементов второго периода в основном и возбуждённом состоянии представлена в табл. 2.7.

Как следует из таблицы, валентность, обусловленная непарными электронами, у элементов второго периода не может превышать значения «четыре».

Таблица 2.7

Валентность элементов в основном (В) и в возбуждённом состоянии (В٭)

Неон, как и все инертные газы имеет полностью заполненную внешнюю электронную оболочку, а поэтому устойчивой молекулы Ne₂ не может образоваться, такая молекула может существовать очень короткое время в возбуждённом состоянии за счёт дисперсионного взаимодействия.

На рис. 2.7 показан обменный механизм образования ковалентной связи в молекуле SO₂.

Рис. 2.7 ─ Обменный механизм образования химической связи в молекуле SO₂

В основном состоянии атом серы имеет два непарных электрона на орбитали 3р, при переходе в возбуждённое состояние происходит распаривание электронов на свободную АО 3d. В возбуждённом состоянии атом серы имеет четыре непарных электрона и образует с двумя атомами кислорода четыре ковалентные связи, т.о. сера четырёхвалентна, а кислород ─ двухвалентен.

Для атома серы возможно распаривание ещё одной пары электронов, что увеличивает её валентные возможности до шести. В то же время, несмотря на то, что кислород также находится в шестой группе, он не может быть шестивалентным, т.к. во втором энергетическом уровне разрешены только s и р-орбитали, и свободных орбиталей для распаривания электронов нет.

Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи иллюстрируется на примере образования иона [NH₄]⁺ .

Cложный ион [NH₄]⁺ образуется из молекулы аммиака и иона водорода:

NH₃ + H⁺ → [NH₄]⁺.

Каждый атом водорода имеет один непарный электрон, азот ─ три, поэтому в молекуле аммиака NH₃ возникают три ковалентные связи, образованные по обменному механизму (рис. 2.8). Помимо того, азот имеет также неподелённую пару электронов, которая со свободной АО иона водорода H⁺ образует ковалентную связь, причём, азот является донором электронной пары, а ион водорода ─ акцептором. Следовательно, в ионе [NH₄]⁺ имеется четыре равноценные ковалентные связи, различающиеся только механизмом образования (рис. 2.9).

Рис. 2.8 – Описание образования химической связи в молекуле аммиака

по обменному механизму

Рис. 2.9 ─ Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи

в ионе [NH₄]⁺

Поиск по сайту: