ДЛЯ ВЧИТЕЛІВ СЕРЕДНІХ ШКІЛ,
СТУДЕНТІВ ПЕДАГОГІЧНИХ ВНЗ І ШКОЛЯРІВ 9-10 КЛАСІВ,
Вирішили присвятити СЕБЕ ХІМІЇ І природознавства
ПІДРУЧНИК задачник ЛАБОРАТОРНИЙ ПРАКТИКУМ НАУКОВІ РОЗПОВІДІ ДЛЯ ЧИТАННЯ
§ 4.10. Донорно-акцепторні
спосіб утворення зв'язку
Ви вивчили спосіб утворення зв'язку, при якому кожен атом віддає по одному електрону; цей спосіб називається ковалентним.
Інший спосіб утворення зв'язку полягає в тому, що один атом надає пару електронів, що знаходяться в спареному стані на його орбіталі, а інший атом - вільну, незайняту орбиталь. В результаті виникає зв'язок, утворена парою електронів, що стала тепер загальною для обох атомів. Такий спосіб називається донорно-акцепторні. а саму зв'язок іноді називають донорно-акцепторної. Зв'язки, утворені нековалентним і донорно-акцепторні способами, відрізняються тільки походженням, а за своїми властивостями не відрізняються. Донорно-акцепторная зв'язок називається також координаційної.
Частка (атом, іон, молекула), що надає електронну пару, називається донором; частка, що надає вільну орбіталь (осередок), т. е. приймаюча електронну пару, називається акцептором.
Молекула водню може бути утворена двома способами: нековалентним - з двох атомів водню і донорно-акцепторні з протона Н + (ядро атома водню), що не має електронів, і іона водню Н - з двома електронами (рис. 4.20). В результаті цих двох реакцій виходять абсолютно однакові молекули водню.
Рис.4.20.
Донорно-акцепторні спосіб
утворення хімічного зв'язку
Утворення хімічного зв'язку за донорно-акцепторного механізму - явище надзвичайно поширене. З його допомогою пояснюється існування іонів амонію, гидроксония Н3 Про + і величезного числа інших іонів і молекул.
Хіба це не дивно, що такі різні за складом частинки, як СН4. NH3. , Н2 Про або Н3 Про +. мають подібне просторове будова (майже однакові кути між зв'язками)! Як це пояснити?
Якщо аміак NН3 пропускати через водний розчин хлороводню HCl (соляна кислота), то відбувається реакція:
HCl і NH4 Cl в водному розчині поводяться як сильні електроліти і знаходяться в іонному стані, тому правильніше рівняння реакції записати в іонному вигляді:
або в скороченому іонному вигляді:
Виникає питання: як в нейтральній молекулі NH3. де всі електронні орбіталі заповнені, виникає зв'язок з протоном і утворюється іон з чотирма хімічними зв'язками? У молекулі аміаку чотири валентні орбіталі атома азоту (одна 2s і три 2p) знаходяться в стані sp 3-гібридизації. Три з них залучені в зв'язку з атомами водню по ковалентному способу. Одна залишилася орбиталь заповнена парою власних електронів атома азоту (рис. 4.21). Саме ця орбіталь з парою електронів і взаємодіє з протоном, ядром атома водню, які не мають своїх електронів.
Рис.4.21.
Схема освіти іона
донорно-акцепторні способом
Таким чином, атом азоту в молекулі аміаку грає роль донора електронної пари, а протон - роль акцептора:
В іоні всі зв'язки, незважаючи на різне їх походження, енергетично рівноцінні і всі кути між зв'язками рівні 109 ° 28 ', як в молекулі метану СН4.
Зауважимо, що рівні кути між зв'язками і енергетична рівноцінність зв'язків в іоні говорять про те, що заряд іона розподілений рівномірно по всім його зв'язків, а не закріплений на будь-якої окремої зв'язку.
В іоні амонію (або в молекулі гідроксиду амонію NH4 ОН) атом азоту займає центральне місце і називається комплексоутворювачем. Навколо нього розташовані, або, як кажуть, координовані, чотири еквівалентних атома водню. Вони або інші подібні частинки називаються лігандами і складають внутрішню координаційну сферу. Число лігандів, що оточують комплексообразователь, називається координаційним числом. В іоні координаційне число атома азоту дорівнює чотирьом.
Координаційне число може збігатися зі значенням валентності, але часто його перевершує. Подібного типу з'єднання, число хімічних зв'язків в яких вище валентності, називаються координаційними. або комплексними. Таких сполук відомо так багато, що в хімії виділяється окреме її напрямок - хімія комплексних сполук.
Дуже важливим в хімії води та водних розчинів є іон гідроксонію Н3 Про +. Вода дуже слабкий електроліт, і її молекули в вкрай незначною мірою розпадаються на іони водню Н + та гідроксид-іони ОН -. т. е. диссоциируют:
Однак існування «голого» (без електрона) маленького зарядженого протона в воді абсолютно неймовірно, і він, якщо і утворюється, відразу з'єднується з молекулою води:
тому правильніше записувати рівняння дисоціації води в такому вигляді:
У розчинах кислот також немає вільних іонів водню, а існують тільки іони гідроксонію. Втім, і самі іони гідроксонію оточені оболонками молекул води, і їх не можна вважати вільними. У воді і розчинах лугів немає і вільних гідроксид-іонів ОН -. Вони з'єднані з молекулами води. У зв'язку з цим уявлення про вільні іони застосовується лише до газового стану речовини.
Таким чином, в іоні гідроксонію Н 3 О + координаційне число атома кисню дорівнює трьом. Намалюйте схему будови цього іона.
При пропущенні аміаку через воду утворюється розчин, в якому присутні молекули гідроксиду амонію NН4 ОН, слабкої основи, дисоціюють в незначній мірі на іони амонію і гідроксид-іони ОН -.
Який же зв'язком з'єднані іони і ОН -. У молекулах NН4 ОН зв'язок NН4 ОН полярна. Гідроксид-іон в цьому з'єднанні входить в так звану зовнішню координаційну сферу. Кордон внутрішньої сфери при написанні формули комплексного з'єднання відокремлюють від зовнішньої сфери квадратними дужками, наприклад формулу NН4 ОН можна записати у вигляді [NН4] ОН.
Список нових і забутих понять і слів
Донорно-акцепторні спосіб утворення зв'язку;
донорно-акцепторні зв'язок;
донор;
акцептор;
комплексообразователь;
ліганд;
внутрішня координаційна сфера;
координаційне число;
координаційні, або комплексні, сполуки;
іон гідроксонію;
зовнішня координаційна сфера.
ЗАВДАННЯ І ПИТАННЯ
1. Поясніть причини взаємодії іона водню Н + та молекули води з утворенням іона гідроксонію Н 3 О +.
2. Чому кути між зв'язками в молекулі Н2 О і йоні Н3 Про + приблизно однакові (тетраедричних)?
3. Як ви поясните причину приблизно однакових кутів між зв'язками в таких різних молекулах і іонах, як метан СН4. аміак NH3. вода Н2 О, іон амонію, іон гідроксонію Н3 Про +.
4. Переведіть на російську мову.