Механизъм на донор-акцептор - какво е това?

Донорно-акцепторният механизъм на образуване на химическа връзка включва прехвърляне на заряд между акцептора и донора, без да се създава обща химична връзка между тях. Възможно е също така да се прехвърли самотна двойка електрони към акцептора от донора, което води до връзка.

Образуването на амониеви соли

Разгледайте донорно-акцепторния механизъм на примера на амониевите соли. Започваме с взаимодействието на амоняк (NH3) и борен трифлуорид (BF3). По време на реакцията се отделят 171.4 kJ / mol енергия. Взаимодействието протича по уравнението:

NH3 + BF3 = NH3BF3

От четирите орбитали, присъстващи в атом на бор, три са изпълнени с електрони, следователно има една свободна орбитала. В амонячната молекула, четири орбитали на азот са снабдени с електрони и три от тях са допълнени от водородни електрони чрез механизъм за обмен. Една орбитала има електронна двойка, принадлежаща само на азотния атом. Нарича се самотна електронна двойка. Благодарение на нея механизмът на донор-акцептор е възможен.

Връзката между амоняк и борен трифлуорид е възможна поради факта, че свободната амонячна електронна двойка е поставена върху свободните орбитали на борния флуорид.

Това е донорно-акцепторен механизъм за образуване на ковалентни връзки. Азотният атом увеличава валентността чрез използването на самотна двойка електрони за допълнително свързване. Борът увеличава валентността чрез поставяне на допълнителни електрони в орбитата.

Така валентността на тези химични елементи се характеризира както с неспарени електрони, така и с единични електронни двойки и свободни орбитали на външното енергийно ниво.

дефинира

Донорът в този пример е азотният атом, който дарява електронната си двойка, за да образува химична връзка. Приемникът е бор, който има свободна орбита, приема електронна двойка.

Процесът е придружен от намаляване на потенциалната енергия на тази система, освобождаване на еквивалентно количество енергия. Въпросите относно механизма на формиране на този вид ковалентна връзка са включени в хода на училищната програма по химия, те се предлагат в заключителните тестове за завършилите средното училище.

Образуването на амониев катион

Ковалентна връзка, образувана от донорно-акцепторен механизъм, е характерна за амониевите соли. Нека се спрем на неговите особености. Така, чрез механизма на донор-акцептор, връзката между азотните и водородните атоми в реакцията се формира:

NH3 + H ⁺ = NH4 ⁺

Акцепторът е празна орбитала на водородния катион. Азотът в амониевия катион показва валентност 4. Образуването на връзка възниква и поради двойка електрони, които принадлежат на азота преди началото на взаимодействието.

Това е ковалентна връзка чрез донорно-акцепторен механизъм. В резултат на взаимодействието се образува амониев катион, който чрез йонния механизъм се комбинира с анионите, съдържащи се в киселините.

Образуване на въглероден окис

Донорно-акцепторният механизъм може да се разглежда като се използва молекулата на СО като пример. При въглеродния атом на външното енергийно ниво има два несдвоени електрона. Същият брой неспарени електрони е при кислородния атом. В резултат на това се образува двойна връзка между атомите.

Поради двойка кислородни електрони и празен въглероден орбитал се използва донорно-акцепторен механизъм за получаване на връзката.

Молекула на азотната киселина

Поради наличието на три несдвоени електрона, азотният атом в това съединение образува три варианта на връзки: с двоен кислород, един кислород с хидроксилна група. Съгласно механизма на донор-акцептор, се образува връзка между друг кислороден атом и азот.

Неспарените електрони се поставят на една орбита, докато един се освобождава.

Можете също да приемете, че азотният атом се дава на кислорода от електрона. Преобразувана в амониев катион с 4 несдвоени електрона, тя запазва аниона поради силите на електростатичното взаимодействие.

Комуникационни свойства

Като донор съществуват молекули, в които има атоми на N, O, F, Cl, свързани с атомите на други химически елементи. Приемникът е частица със свободни електронни нива. Например те могат да бъдат представители на d-семейства, които имат незапълнени d-орбитали.

В молекулата на амоняка се използват три неспарени електрона на азотния атом, за да се образува връзката и се включва 1s-електрон от три водородни атома. Връзките са по трите оси на p-орбиталите. Молекулата има вариант на правилна пирамида, в ъглите на която са разположени водородни атоми, а на върха - азотен азот. Ъгълът между връзките е 107 градуса. Подобно оформени молекули образуват следните водородни елементи: антимон, арсен, фосфор.

Свойствата на ковалентната връзка, образувана от донорно-акцепторния механизъм, не се различават от характеристиките на връзката, образувана от обменния механизъм. Донорите могат да бъдат атоми на азот, сяра, фосфор, кислород, които притежават самостоятелни електронни двойки на малки валентни орбитали.

Функцията на акцептора се осъществява чрез водородни катиони, част от р-метали, например, алуминий, образуващи AlH ₄ ^- йон.

Също така, акцепторите са d-елементи, които имат празна енергийна клетка във външния електронен слой.

Трябва да се отбележи, че всички основни характеристики, като наситеност, дължина, множественост, се прилагат към този механизъм на формиране на комуникацията.

Особености на органичните съединения

Взаимодействието на механизма за обмен е възможно за органични донори. По-специално, сред тях са π-донори, типичен пример за които са тетракис (диметиламино) етилен (TDAE), органични акцептори (фулерени), хинодиметани с акцепторни заместители.

Химичното взаимодействие на такива съединения създава комплекс с пренос на заряд. В него положително зареденият донор взаимодейства с отрицателно зареден акцептор поради силите на електростатично естество. От значение са системите, в които пренасянето на заряда в наземното електронно състояние настъпва частично, а в случая на фото възбуждане се наблюдава пълното му прехвърляне.

Такива системи, донорно-акцепторни диади, триади, в които има мостова група между акцептора и донора, което позволява да се увеличи продължителността на състоянието с прехвърляне на електрически заряд, се използват за производство на устройства, които преобразуват слънчевата енергия. Подобно явление, свързано с пренос на заряд във всяка от неговите форми, се използва в много биологични процеси.

Затова се разглеждат подробно характеристиките на взаимодействието чрез донорно-акцепторния механизъм в органичните съединения, анализират се възможностите за ускоряване (забавяне) на подобни процеси, възможности за въвеждане на допълнителни вещества (катализатори).

Нека обобщим някои

Донорно-акцепторното взаимодействие е една от най-важните прояви на ковалентната полярна химична връзка. Той отделя значително внимание на неорганична, аналитична, органична химия.

Например, именно от гледна точка на донорно-акцепторния механизъм се обяснява образуването на ковалентни локализирани връзки в молекулярните йони на координационните (комплексни) съединения. Връзката в тях се създава благодарение на единствената електронна двойка на лигандата и свободните орбитали на комплексообразуващия агент. Механизмът на донор-акцептор също обяснява образуването на междинни продукти. По-специално, това е създаването на комплекси с таксуване.

Съществува модел на донорно-акцепторен механизъм само в рамките на концепцията за валентност като възможност за локализиране на електронната плътност в процеса на образуване на ковалентни връзки. Този механизъм е основа за образуването на различни комплексни съединения. Такова взаимодействие е необходимо за киселинно-алкални трансформации, свързани с прехвърлянето на водороден йон (акцептор), образуването на наноструктури.