Основы химии
Методическое пособие - Химия
Другие методички по предмету Химия
?оказывает, что энергия ионной связи молекулы NaCl равна 422,6 кДж/моль.
ЕNaCl= Еэ - Еср + I =5,7-5,1+3,7= 4,3 эВ=422,6 кДж/моль.
Но прежде, чем разорвать связь между атомами в молекуле NaCl, необходимо разрушить кристаллическую решетку этого вещества. Следовательно, требуется дополнительная затрата энергии. Расчеты показывают, энергия кристаллической решетки (NaCl)n равна 764 кДж/моль.
Ионная связь возникает не только между простыми ионами, она реализуется и между сложными ионами: катионами NH4+, [Cu(NH3)4]+ и анионами NO3-, SO42-, CO32-, [PtCl6]2- т.д.
За единицу валентности атомов в ионных соединениях принимают единичный заряд иона. Например, в ионной молекуле NaCl атом натрия имеет заряд (+1), а атом хлора (-1). Следовательно, оба атома одновалентны.
4.5. Донорно акцепторная связь.
Рассматривая ковалентную связь, выяснили, что она образуется в результате перекрывания одноэлектронных валентных облаков взаимодействующих атомов. Так, атом азота взаимодействует тремя одноэлектронными облаками, например, с тремя атомами водорода, образуя молекулу аммиака NH3. H
H:N:
H
Но атом азота имеет на внешнем квантовом уровне еще два электрона, расположенных на 2s-подуровне, и для их распаривания у атома возможности нет. Возникает вопрос: может ли пара электронов, находящихся на 2s-орбитале, образовывать химическую связь? Оказывается, что может. Но для этого нужны определенные условия, а именно, наличие свободной орбитали.
Такое взаимодействие, т.е. взаимодействие за счет пары электронов (ее называют “неподеленной”) одного атома и свободной орбитали другого атома называют донорно-акцепторным, а химическую связь, образованную при помощи этого взаимодействия донорно акцепторной связью.
Следовательно, необходимым условием для образования донорно акцепторной связи, является наличие неподеленной электронной пары одного атома (молекулы) и свободной орбитали другого атома (молекулы). Неподеленная пара донора занимает свободную орбиталь акцептора. Образуется двухэлектронная орбиталь, которая обслуживает оба атома (атом донора и атом акцептора).
Если обратиться к аммиаку, то молекула NH3 может образовывать донорно акцепторную связью с любой другой молекулой, у которой атомы имеют свободные орбитали.
Например, NH3 легко взаимодействует с молекулой HCl. В полярной молекуле HCl общая электронная пара (область перекрывания орбиталей) сильно смещена в сторону более электроотрицательного атома хлора. При этом орбиталь атома водорода практически свободна и она может принимать электронную пару донора (атома азота) образуя дополнительную связь.H H
H N: + H:Cl H N : H Cl
H H
В результате донорно акцепторного взаимодействия двух нейтральных молекул NH3 и HCl получается новое соединение хлорид аммония.
NH3+HCl = NH4Cl.
Хлорид аммония ионное соединение. Донорно акцепторное взаимодействие превратило молекулу аммиака в ион аммония NH4+. В ионе аммония три водорода связаны с азотом по ковалентному принципу, а четвертый водород по донорно акцепторному.H +
H N H
H донорно акцепторная связь.
Донорно акцепторную связь обычно обозначают пунктирной линией ( ).
По донорно акцепторному принципу легко взаимодействуют такие две нейтральные молекулы: BF3 и HF. У бора есть свободная орбиталь на 2р-подуровне, а у фтора неподеленная пара электронов. Бор является акцептором, а фтор донором.
F F
F B + :F - H F B : F H+.Образуется сложный (комплексный)
F F анион [BF4].
Новая более сложная молекула Н[BF4] вобрала в себя три вида связей: между комплексным анионом BF4 и катионом H+ ионная связь. В анионе BF4 три фтора соединены с бором по ковалентному принципу, а четвертый фтор связан с бором посредством донорно акцепторного взаимодействия.F
F B F
F
Как видно из рассмотренных примеров донорно акцепторная связь объединяет простые молекулы в комплексы. Например, ZnSO4 легко взаимодействует с аммиаком с образованием комплексного соединения сульфата тетраамминцинка.
ZnSO4 + 4NH3 = [Zn(NH3) 4]SO4
H3NNH3 2+
Zn2+ + 4NH3 = Zn
H3NNH3
Наряду с межмолекулярной, донорно акцепторная связь иногда встречается как дополнительная связь внутри одной молекулы (внутримолекулярная)
Рассмотрим два примера:
Молекула СО.
В невозбужденном состоянии атом углерода имеет два неспаренных электрона на рподуровне и свободную рорбиталь. Атом кислорода на рподуровне содержит два неспаренных электрона и одну электронную пару.
С+ O O
s
p C
Неспаренные электроны углерода и кислорода образуют в молекуле СО две дополнительных s и pсвязи и одну донорно акцепторную за счет неспаренной электронной пары кислорода (донор) и свободной орбитали углерода (акцептор).
Образование дополнительной донорно акцепторной связи в СО приводит к тому, что молекула СО очень прочная. Энергия диссоциации СО, как было указано раньше, составляет 1069 кДж/моль.
Молекула Сl2.
Атом хлора в невозбужденном состоянии имеет на внешнем уровне один неспаренный электрон и полностью свободный dподуровень.
s p d
При взаимодействии двух атомов хлора друг с другом их неспаренные электроны образуют sковалентную связь, и наряду с ней каждый атом отдает свою электронную пару на свободную орбиталь другого атома, образуя две дополнительных донорно акцепторных связи. Следовательно, в молекуле Сl2 не одинарная, а тройная связь. ClCl.Донорно акцепторные связи
Ковалентная связь
Энерги