Mechanizm akceptorowy - co to jest?

Dawca-akceptorowy mechanizm tworzenia wiązania chemicznego obejmuje transfer ładunku między akceptorem i dawcą bez tworzenia wspólnego wiązania chemicznego między nimi. Jest również możliwe przeniesienie wolnej pary elektronów do akceptora od dawcy, co powoduje wiązanie.

Tworzenie soli amonowych

Rozważ mechanizm dawcy-akceptora na przykładzie soli amonowych. Zaczynamy od interakcji amoniaku (NH3) i trifluorku boru (BF3). Podczas reakcji uwalniane jest 171,4 kJ / mol energii. Interakcja przebiega zgodnie z równaniem:

NH3 + BF3 = NH3BF3

Z czterech orbitali obecnych w atomie boru trzy są wypełnione elektronami, dlatego istnieje jeden wolny orbital. W cząsteczce amoniaku cztery orbitale azotu są wyposażone w elektrony, a trzy z nich są uzupełniane przez elektrony wodorowe poprzez mechanizm wymiany. Jedna orbital ma parę elektronów należącą tylko do atomu azotu. Nazywa się samotną parą elektronów. To dzięki niej możliwy jest mechanizm akceptacji dawcy.

Połączenie amoniaku i trójfluorku boru jest możliwe dzięki temu, że wolna para elektronów amonowych jest umieszczona na wolnych orbitach fluorku boru.

Jest to mechanizm akceptorowy dla tworzenia wiązań kowalencyjnych. Atom azotu zwiększa walencyjność dzięki zastosowaniu wolnej pary elektronów dla dodatkowego wiązania. Bor zwiększa walencję przez umieszczenie dodatkowych elektronów na orbicie.

Tak więc wartościowość tych pierwiastków chemicznych charakteryzuje się zarówno niesparowanymi elektronami, jak i samotnymi parami elektronów oraz wolnymi orbitami na poziomie energii zewnętrznej.

Definicje

Dawcą w tym przykładzie jest atom azotu, który przekazuje swoją parę elektronów, tworząc wiązanie chemiczne. Akceptant jest borem, posiadającym wolny orbital, akceptującym elektroniczną parę.

Procesowi temu towarzyszy zmniejszenie energii potencjalnej tego układu, uwalnianie równoważnej ilości energii. Pytania dotyczące mechanizmu powstawania tego rodzaju wiązań kowalencyjnych zawarte są w programie szkolnym w chemii, są one proponowane w testach końcowych dla absolwentów szkół średnich.

Tworzenie się kationu amonowego

Wiązanie kowalencyjne utworzone przez mechanizm akceptorowy jest charakterystyczne dla soli amonowych. Zastanówmy się nad jego cechami. Tak więc dzięki mechanizmowi akceptorowi tworzy się wiązanie między atomami azotu i wodoru w reakcji:

NH3 + H ⁺ = NH4 ⁺

Akceptorem jest pusty orbita kationu wodoru. Azot w kationie amonowym wykazuje wartościowość 4. Tworzenie wiązania występuje również z powodu pary elektronów, które należały do ​​azotu przed rozpoczęciem interakcji.

Jest to wiązanie kowalencyjne przez mechanizm akceptorowy. W wyniku interakcji powstaje kation amonowy, który dzięki mechanizmowi jonowemu zostanie połączony z anionami zawartymi w kwasach.

Tworzenie się tlenku węgla

Mechanizm akceptor donorowy można rozważyć przy użyciu cząsteczki CO jako przykładu. Przy atomie węgla na zewnętrznym poziomie energii występują dwa niesparowane elektrony. Ta sama liczba niesparowanych elektronów znajduje się w atomie tlenu. W rezultacie powstaje podwójne wiązanie między atomami.

Z powodu pary elektronów tlenowych i pustej orbitalnej węgla, do uzyskania wiązania wykorzystuje się mechanizm akceptorowy.

Cząsteczka kwasu azotowego

Ze względu na obecność trzech niesparowanych elektronów, atom azotu w tym związku tworzy trzy warianty wiązań: z podwójnym tlenem, pojedynczym tlenem z grupą hydroksylową. Zgodnie z mechanizmem akceptorowym, pomiędzy innym atomem tlenu i azotem powstaje wiązanie.

Niewspomagane elektrony są umieszczane na jednym orbicie, a jeden jest uwalniany.

Można również założyć, że atom azotu jest podawany tlenowi przez elektron. Przekształcony w kation amonowy z 4 niesparowanymi elektronami, zachowuje anion dzięki siłom oddziaływania elektrostatycznego.

Właściwości komunikacyjne

Jako dawcy istnieją cząsteczki, w których występują atomy N, O, F, Cl, związane z atomami innych pierwiastków chemicznych. Akceptor to cząstka z pustymi poziomami elektronicznymi. Na przykład mogą to być przedstawiciele rodziny d, którzy mają niewypełnione d-orbitale.

W cząsteczce amoniaku stosuje się trzy niesparowane elektrony atomu azotu, aby utworzyć wiązanie, a zaangażowany jest 1s-elektron trzech atomów wodoru. Połączenia są wzdłuż trzech osi p-orbitali. Cząsteczka ma wariant regularnej piramidy, w rogach których znajdują się atomy wodoru, a na jej szczycie - azot azotowy. Kąt między wiązaniami wynosi 107 stopni. Podobnie ukształtowane cząsteczki tworzą z wodorem następujące pierwiastki: antymon, arsen, fosfor.

Własności wiązania kowalencyjnego, które tworzą mechanizm donor-akceptor, nie różnią się od właściwości wiązania utworzonego przez mechanizm wymiany. Dawcy mogą być atomami azotu, siarki, fosforu, tlenu, które mają pojedyncze pary elektronów na małych orbitaliach wartościowości.

Funkcja akceptora jest wykonywana przez kationy wodoru, część p-metali, na przykład glin, tworząc jon AlH ₄ ^- .

Ponadto akceptory są elementami d, które mają pustą komórkę energii w zewnętrznej warstwie elektronicznej.

Należy zauważyć, że wszystkie główne cechy, takie jak nasycalność, długość, krotność, są stosowane do tego mechanizmu tworzenia komunikacji.

Cechy związków organicznych

Mechanizmy wymiany interakcji są możliwe dla organicznych dawców. W szczególności wśród nich są π-donory, których typowym przykładem jest tetrakis (dimetyloamino) etylen (TDAE), akceptory organiczne (fulereny), chinodimetany z podstawnikami akceptorowymi.

Chemiczne oddziaływanie takich związków tworzy kompleks z przeniesieniem ładunku. W nim dodatnio naładowany donor oddziałuje z ujemnie naładowanym akceptorem z powodu sił natury elektrostatycznej. Istotne są systemy, w których transfer ładunku w uziemieniu w stanie elektronicznym występuje częściowo, aw przypadku wzbudzania zdjęć obserwuje się jego całkowite przeniesienie.

Takie układy, diady akceptorowe, triady, w obrębie których istnieje grupa mostkowa między akceptorem i dawcą, co pozwala na wydłużenie czasu trwania stanu z przeniesieniem ładunku elektrycznego, są wykorzystywane do wytwarzania urządzeń przetwarzających energię słoneczną. Podobne zjawisko związane z transferem ładunków w dowolnej jego postaci jest wykorzystywane w wielu procesach biologicznych.

Dlatego szczegółowo analizuje się cechy interakcji poprzez mechanizm donorowo-akceptorowy w związkach organicznych, analizuje się możliwości przyspieszania (spowalniania) podobnych procesów, możliwości wprowadzania dodatkowych substancji (katalizatorów).

Podsumujmy niektóre

Interakcja donor-akceptor jest jednym z najważniejszych przejawów kowalencyjnego polarnego wiązania chemicznego. Szczególną uwagę przywiązuje do chemii nieorganicznej, analitycznej i organicznej.

Na przykład, właśnie z punktu widzenia mechanizmu donorowo-akceptorowego wyjaśniono tworzenie kowalencyjnych zlokalizowanych wiązań w jonach molekularnych związków koordynacyjnych (złożonych). Wiązanie w nich powstaje dzięki pojedynczej parze elektronów ligandu i wolnych orbitali czynnika kompleksującego. Mechanizm akceptora donora wyjaśnia również powstawanie produktów pośrednich. W szczególności jest to tworzenie kompleksów z transferem opłat.

Istnieje model mechanizmu donor-akceptor tylko w ramach koncepcji wartościowości jako możliwości lokalizacji gęstości elektronowej w procesie tworzenia wiązań kowalencyjnych. Ten mechanizm jest podstawą do tworzenia różnych złożonych związków. Taka interakcja jest niezbędna do przekształceń kwasowo-zasadowych związanych z transferem jonu wodorowego (akceptor), tworzeniem nanostruktur.