Donator-akceptorski mehanizam: primjeri. Što je mehanizam akceptora donatora?

Kemijska veza je veza između dva ili više atoma (molekula) u organskom ili anorganskom spoju. Stvara se kada se smanji ukupna energija u sustavu.

Svi elementi mogu stvoriti kemijske veze

Svi elementi periodičkog sustava imaju drugačiju sposobnost formiranja veze. Najstabilniji i, kao rezultat toga, kemijski neaktivni su atomi plemenitih (inertnih) plinova, budući da na vanjskom tijelu elektrona sadrže dva ili osam elektrona. Oni čine mali broj veza. Na primjer, neon, helij i argon ne stvaraju kemijske veze s bilo kojim elementom, dok su ksenon, kripton i radon reagirali s fluorom i vodenim molekulama.

Za atome ostalih elemenata, vanjske razine nisu potpune i imaju jedan do sedam elektrona, tako da stvaraju kemijske veze kako bi se poboljšala stabilnost ljuske.

Vrste kemijskih veza

Postoji nekoliko vrsta komunikacije:

1. Kovalentna.
2. Ion.
3. Metal.
4. Vodik.

Kovalentna veza

Ova vrsta veze nastaje između atoma u molekuli kao rezultat socijalizacije ili preklapanja valentnog elektronskog para. Prema tome, postoji razmjena (a) i donor-akceptor (b) mehanizmi za stvaranje kovalentne veze. Poseban slučaj je dativna veza koja će se razmatrati u nastavku.

Kovalentna veza: mehanizam razmjene

Atomi na vanjskoj razini imaju nesparene elektrone. Kod interakcije, vanjske školjke se preklapaju. Antiparalelne vrhove pojedinačnih elektrona koji se nalaze na vanjskim razinama upareni su tako da formiraju par elektrona zajednički oba atoma. Ovaj par elektrona zapravo predstavlja kovalentnu vezu koja je formirana mehanizmom razmjene, na primjer, u molekula vodika.

Kovalentna veza: mehanizam akceptora donora

Taj mehanizam sastoji se u socijalizaciji dva atoma dva atoma na vanjskoj razini elektrona. U ovom slučaju jedan od atoma djeluju kao donori (koje dvije elektrona), a s druge strane - akceptora (koji ima slobodna orbitalnog za elektrona). Atomi elemenata s i p mogu biti akceptori ili donatori elektrona. Atomi d-elemenata mogu biti i donatori i akceptori.

Da bismo shvatili što je mehanizam primatelja darivatelja, razmotrimo dva vrlo jednostavna primjera - stvaranje hidronijskih kationa H₃O⁺ i amonij NH₄⁺.

Primjer mehanizma akceptora donatora je amonijev kation

Shematski, reakcija za stvaranje amonijeve čestice je kako slijedi:

NH₃+H⁺= NH₄⁺

Elektroni u atomu N distribuiraju se u sljedećem redoslijedu: 1s² 2s² 2p³.

Elektronska struktura kationa H: 1s⁰.

Dušikov atom na vanjskoj razini sadrži dva s i tri p-elektrona. Tri p-elektrona sudjeluju u formiranju tri kovalentne vrste razmjene dušik-vodikovih veza N-H. Kao rezultat, molekula amonijaka NH₃ s kovalentnom vrstom veze. Budući da dušikov atom N na vanjskoj razini ima par elektrona, molekula NH₃ može također dodati vodikov kation. Molekula amonijaka je donator, a hidrogen kation H⁺ - akceptor koji prima donorske elektrone iz dušika u svoj slobodni S-orbital.

Primjer mehanizma primatelja donatora je H3O (hidroksonijev ion)

Elektroni u atomu kisika distribuiraju se u sljedećem redoslijedu: 1s² 2s² 2p⁴.

Atomi kisika na vanjskoj razini imaju dva s i četiri p-elektrona. Polazeći od toga, dva slobodna p-elektrona i dva s-elektrona iz dva atoma H sudjeluju u formiranju H-O veza, tj. Postoje 2 raspoložive veze u molekuli H₂O - kovalentno, formiran mehanizmom razmjene.

Elektronska struktura kationa vodika: 1s⁰.

Budući da još dva elektrona (s-tipa) ostaju na atomu kisika na vanjskoj razini, ona može formirati treću kovalentnu vezu duž mehanizma akceptora donatora. Akceptor može biti atom koji ima slobodni orbital, u ovom primjeru to je čestica H⁺. Slobodna s-orbita kationa H⁺ zauzimaju dva elektrona atoma kisika.

Donator-akceptorski mehanizam za stvaranje kovalentne veze između anorganskih molekula

Donator-akceptorski mehanizam kovalentne veze moguće je ne samo u atomsko-atomskim ili molekularno-molekularnim interakcijama, već iu reakcijama između molekula. Jedini uvjet za interakciju donator-akceptor kinetički nezavisnih molekula je smanjenje entropije, odnosno povećanje redoslijeda kemijske strukture.

Razmotrite prvi primjer - formiranje aprotičnog kiselina (kiselina Lewis) NH₃BF₃. Taj anorganski kompleks nastaje u reakciji dodavanja molekule amonijaka i borovog fluorida.

NH₃+BF₃= NH₃BF₃

Elektroni u atomu bora raspoređeni su u sljedećem redoslijedu: 1s² 2s² 2p¹.

Kada je atom B uzbuđen, jedan elektronski s-tip prelazi na p-podlogu (1s² 2s¹ 2p²). Tako, na vanjskoj razini uzbuđenog atoma bora postoje dva s- i dva p-elektrona.

U molekuli BF₃ tri kovalentne bor-fluoro B-F nastaju razmjenu tipa (bora i fluora osigurati jedan elektron). Nakon formiranja tri kovalentne veze na atom bora na vanjske ljuske elektrona ostaje slobodan p-podsloj, kroz koji se molekula borovog fluorida može djelovati kao primaoca elektrona.

Elektroni u dušikovom atomu se dijele slijedećim redoslijedom: 1s² 2s² 2p³.

Tri elektrona iz atoma N i H sudjeluju u stvaranju dušik-vodikove veze. Nakon toga, dušik ima još dva elektrona s-tipa, koji može pružiti da formiraju vezu mehanizma akceptora donatora.

U reakciji između bor trifluorida i amonijaka, NH₃ igra ulogu elektronskog donatora i molekule BF₃ - akceptor. Par dušikovih elektrona zauzima slobodni orbital borovog fluorida i kemijskog spoja NH₃BF₃.

Drugi primjer mehanizma stvaranja donorske akceptorske veze je proizvodnja polimera berilij fluorida.

Shematski, reakcija je sljedeća:

BEF₂+BEF₂+hellip- + BeF₂-> (BeF₂)_n

Elektroni u Be atomu nalaze se tako - 1s² 2s², i u F atomu - 1s² 2s² 2p⁵.

Dvije veze berilij fluora u molekuli berilijum fluorida su kovalentne vrste razmjene (dva p-elektrona iz dva atoma fluora i dva elektrona s-subwoofera atoma berilijuma).

Između par atoma berilija (Be) i fluor (F) dobiva se još dva kovalentnih veza mehanizma davaoc-primaoc. Polimer berilij fluorid atom fluora - elektron donor je atom berilij - njihov akceptor koji imaju slobodnu orbitalu,

Donator-akceptorski mehanizam za stvaranje kovalentne veze između organskih molekula

Kada nastane veza između molekula organske prirode, nastaju kompleksniji kompleksi spojeva. U bilo kojem organskom spoju s kovalentnom vezom, sadrže obje zauzete (neobvezujuće i vezujuće) i prazne orbite (labavost i nepovezivanje). Mogućnost stvaranja kompleksa akceptora donatora određuje stupanj stabilnosti kompleksa, koji ovisi o čvrstoći veze.

Uzmimo u obzir primjer - reakciju interakcije molekule metilamina s klorovodičnom kiselinom s formiranjem klorida metilamonijaka. U molekuli metilamina, sve kovalentne veze nastale mehanizmom razmjene su dvije H-N veze i jedna N-CH veza₃. Nakon spajanja s vodikom i metilnom skupinom, atom dušika ima par elektrona s-tipa. Kao donator, on daje ovaj elektronski par za atom vodika (akceptor), koji ima slobodni orbital.

Donator-akceptorski mehanizam bez formiranja kemijske veze

Nisu svi slučajevi interakcije donator-akceptor uključuju socijalizaciju elektronskog para i formiranje veze. Neki organski spojevi mogu se međusobno kombinirati preklapanjem ispunjenog orbita donora s praznom orbitom akceptora. Postoji prijenos naplate - elektroni su delokalizirani između akceptora i donatora koji se nalaze vrlo blizu jedni drugima. Sastavljeni su složeni spojevi prijenosa naboja.

Takva interakcija je karakteristična za pi-sustave, čiji orbitalni se preklapaju lako, a elektroni se lako polariziraju. Uloga donatora mogu biti metaloceni, nezasićeni amino spojevi, TDAE (tetrakis (dimetilamino) etilen). Prijamnici su često fullereni, kvinodimetani koji imaju akceptorske supstituente.

Prijenos naplate može biti djelomičan ili potpun. Puno punjenje naboja događa se tijekom fotoekscitacije molekule. Stvoren je kompleks, koji se može promatrati spektralno.

Bez obzira na potpunost prijenosa naboja, takvi kompleksi su nestabilni. Da bi se povećala jačina i životni vijek takve države, uvedena je dodatna premostna grupa. Kao rezultat toga, sustavi akceptora donatora uspješno se koriste u uređajima za pretvorbu sunčeve energije.

U nekim organskim molekulama, donorsko-akceptorska veza formirana je unutar molekule između donorske i akceptorske skupine. Ova vrsta interakcije naziva se transannularni efekt, karakterističan, na primjer, za atrans (organoelement spojevi s vezama N-> B, N-> Si).

Semipolarna komunikacija, ili Dativni mehanizam stvaranja komunikacije

Osim razmjene i akceptora donatora, postoji i treći mehanizam - dative (druga imena - sedampolarna, semipolarna ili koordinacijska veza). Donatorni atom daje par elektrona na slobodan orbital neutralnog atoma, koji treba dva elektrona da dovrše vanjsku razinu. Postoji vrsta prijelaza gustoće elektrona od akceptora do donatora. U tom slučaju, donator postaje pozitivan naboj (kation), a akceptor - negativno nabijen (anion).

Samu kemijsku vezu nastaje zbog vezivne ljuske (preklapanje dvaju uparenih elektrona jednog od atoma s vanjskim slobodnim orbitama drugog) i elektrostatske atrakcije koja se pojavljuje između kationa i aniona. Dakle, kovalentni i ionski tipovi se kombiniraju u polupolarnom spoju. Semipolarna je veza karakteristična za d-elemente, koji u različitim spojevima mogu igrati uloge i akceptora i donora. U većini slučajeva dolazi u složenim i organskim tvarima.

Primjeri dative veze

Najjednostavniji primjer je molekula klora. Jedan Cl atom daje par elektrona na drugi atom klora koji ima slobodni D-orbit. Istodobno, jedan Cl atom položi se pozitivno, drugi je negativan, a između njih dolazi elektrostatska atrakcija. Zbog velike duljine dativu veza slabija u odnosu na izmjenu i kovalentne davaoc-primaoc tipa, ali je prisustvo povećava čvrstoću molekula klora. Zato je molekula Cl₂ je jači od F₂ (atom fluora nema d-orbitale, fluor-fluor veza je samo kovalentna izmjena).

Molekula ugljikovog monoksida CO (ugljični monoksid) formirana je s tri C-O veze. Budući da atomi kisika i ugljikovi atomi imaju dva pojedinačna elektrona na vanjskoj razini, međusobno se formiraju dvije kovalentne veze razmjene. Nakon toga, ostaje prazan orbital na ugljikovom atomu, a na O atomu - dva para elektrona na vanjskoj razini. Stoga, u molekuli ugljični monoksid (II) je treća veza - sedampolarna, nastala zbog dva valentna uparena elektrona kisika i slobodnog orbitala ugljika.

Razmotrimo složeniji primjer - formiranje određene vrste veze primjerom interakcije dimetil etera (H3C-O-CH₃) sa aluminij kloridom AlCl₃. Atomi kisika u dimetil eteru povezani su s dvije kovalentne veze s metilnim skupinama. Nakon toga, još uvijek ima dva elektrona na p-subwooferu koji daje atomu akceptora (aluminija) i postaje pozitivan kation. U tom slučaju, atom akceptora dobiva negativni naboj (pretvara se u anion). Kation i anion međusobno elektrostatski djeluju.

Značaj donorsko-akceptorske veze

Mehanizam stvaranja donorsko-akceptorske veze od velike je važnosti u ljudskom životu i široko je raspoređen u kemijskim spojevima organske i anorganske prirode, što potvrđuje i primjeri koji su gore razmotreni. Amonijev alkohol, koji sadrži amonij kation, uspješno se koristi u svakodnevnom životu, medicini i industrijskoj proizvodnji gnojiva. Hidroksonijev ion igra važnu ulogu u otapanju kiselina u vodi. Ugljik monoksid se koristi u industriji (na primjer, u proizvodnji gnojiva, laserskim sustavima) i ima veliku važnost u fiziološkim sustavima ljudskog tijela.