В предыдущих двух сериях (здесь и здесь) мы последовательно рассмотрели природу ковалентной НЕполярной и ковалентной полярной химических связей, привели конкретные примеры, детально отражающие происхождение обобществлённых электронных пар, и теме не менее не смогли охватить всего многообразия базовых смыслов, сосредоточенных в данном направлении. Пришло время поговорить о различных механизмах образования ковалентной связи.
Дело в том, что все рассмотренные нами прежде примеры были примерами так называемого обменного механизма образования ковалентной связи. Дополним его ещё одним необходимым в нашем сегодняшнем разговоре случаем, таким известным веществом, как аммиак:
Почему химическая формула аммиака именно такая и только в таком виде она реализует сосредоточенный в ней химический смысл? Какого электронное строение молекулы данного вещества?
Прежде чем добраться до вышеотрекламированных механизмов, нам необходимо ответить на все эти интересные вопросы.
Для этого рассмотрим электронную конфигурацию атомов азота (N) и водорода (H), входящих в состав аммиака (подробно об этом здесь).
Проанализируем данные конфигурации:
азот в составе своего внешнего энергетического уровня имеет всего 5 электронов, которые образуют одну неподелённую электронную пару (НЭП) и три неспаренных электрона, у водорода всего один неспаренный электрон (подробнее об этом здесь).
Построим модели данных атомов с учётом строения внешнего энергетического уровня, дело в том, что в нашем случае валентными электронами, то есть электронами, участвующими в образовании химических связей, будут электроны, расположенные именно на внешнем энергетическом уровне.
Так как атомы при образовании химических связей стремятся получить электронную конфигурацию инертного благородного газа (подробнее об этом здесь), то атом водорода будет стремится приобрести ещё один электрон, необходимый ему до электронной конфигурации инертного благородного газа гелия (He), у которого всего два электрона, а азот будет стремится приобрести электронную конфигурацию инертного благородного газа неона (Ne), до которой ему на внешнем энергетическом уровне не хватает ещё трёх электронов.
Как же нашим атомам водорода и азота добиться столь желанного для них строения электронной оболочки инертного благородного газа?
Обменяться имеющимися у них неспаренными электронами и обобществить образовавшиеся электронные пары!
Таким образом атомы, входящие в состав молекулы аммиака, обмениваются неспаренными электронами, как бы передавая их в общее пользование, что позволяет им реализовать свой химический смысл, получить столь желанную для них электронную конфигурацию инертного благородного, которая в свою очередь характеризуется повышенной устойчивостью и стабильностью.
Это пример так называемого обменного механизма образования ковалентной полярной химической связи.
Но на этом молекула аммиака не может остановиться! Дело в том, что в составе атома азота ещё имеется неподелённая электронная пра (НЭП), которая тоже вносит свой вклад в реакционную способность данной молекулы. Как можно воспринимать НЭП? Как сгусток электронной плотности, или некие электронные ушки, которой атом может при случае поделиться или как бы наклонить в ту сторону, где этой электронной плотности меньше.
Химикам известно, что аммиак способен реагировать с кислотами. И это тот самый случай, когда распределение электронной плотности в молекуле оказывает непосредственное влияние на её химические свойства. Итак, почему же аммиак реагирует с кислотами?
Дело в том, что кислую среду обуславливают так называемые катионы водорода (не говорю про ион гидроксония, ведь канал называется начала химии).
Рассмотрим упрощённую схему образования катиона водорода:
Что же из себя представляет катион водорода? Это положительно заряженная частица со свободной электронной орбиталью! То есть, катион водорода, имея в своём составе свободную электронную орбиталь, включает в себя как бы вакантное место для электронной плотности. Этим-то и пользуется молекула аммиака, размещая в свободной электронной орбитали катиона водорода (акцептора) неподелённую электронную пару атома азота (донора)!
Так как катион водорода принимает электронную плотность в свою свободную электронную орбиталь, то он называется акцептором, а подающая электронную плотность молекула аммиака - донором.
Сам же механизм образования подобного рода ковалентной связи получил название донорно-акцепторного механизма образования ковалентной связи.
Связь, образованная по донорно акцепторному механизму, ничем не отличается от обычной ковалентной связи, образованной по обменному механизму.
А на этом у меня всё. В следующий раз поговорим о водородной связи и выясним, почему же вода при обычных условиях - это жидкость. Спасибо, пока!