Mehanizem donor-akceptor - kaj je to?

Donatorsko-akceptorski mehanizem nastanka kemijske vezi vključuje prenos naboja med akceptorjem in darovalcem brez ustvarjanja skupne kemične vezi med njimi. Možno je tudi, da prenesemo en sam par elektronov v akceptor od darovalca, kar ima za posledico vez.

Nastajanje amonijevih soli

Razmislite o donorsko-akceptorskem mehanizmu na primeru amonijevih soli. Začnemo z interakcijo amoniaka (NH3) in borovega trifluorida (BF3). Med reakcijo se sprosti 171,4 kJ / mol energije. Interakcija poteka po enačbi:

NH3 + BF3 = NH3BF3

Od štirih orbital, ki so prisotne v atomu bora, so trije napolnjene z elektroni, zato obstaja ena prazna orbita. V molekuli amoniaka so štiri orbitale dušika opremljene z elektroni, tri pa jih dopolnjujejo vodikovi elektroni prek mehanizma izmenjave. Ena orbita ima elektronski par, ki pripada samo atomu dušika. Imenuje se osamljeni elektronski par. Zahvaljujoč ji je možen donorsko-akceptorski mehanizem.

Povezava med amoniakom in borovim trifluoridom je možna zaradi dejstva, da je prosti elektronski par amoniaka položen na proste orbitale borovega fluorida.

To je donorsko-akceptorski mehanizem za tvorbo kovalentnih vezi. Atom dušika poveča valenco z uporabo posameznega para elektronov za dodatno vezavo. Bor poveča valenco z dodajanjem dodatnih elektronov v orbital.

Tako je za valenco teh kemičnih elementov značilno, da imajo neparne elektrone in osamljene elektronske pare ter proste orbitale na zunanji energetski ravni.

Definicije

Donor v tem primeru je atom dušika, ki daje svoj elektronski par, da tvori kemično vez. Sprejemnik je bor, ki ima prazno orbito, sprejema elektronski par.

Proces spremlja zmanjšanje potencialne energije tega sistema, sproščanje enakovredne količine energije. Vprašanja o mehanizmu nastajanja te vrste kovalentne vezi so vključena v potek šolskega programa kemije, predlagana pa so v zaključnih testih za diplomante srednje šole.

Nastajanje amonijevega kationa

Kovalentna vez, ki jo tvori donorsko-akceptorski mehanizem, je značilna za amonijeve soli. Oglejmo si svoje značilnosti. Torej je vez med dušikovimi in vodikovimi atomi v reakciji tvorjen z donorsko-akceptorskim mehanizmom:

NH3 + H ⁺ = NH4 ⁺

Akceptor je prazna orbita vodikovega kationa. Dušik v amonijevem kationu ima valenco 4. Nastajanje vezi nastane tudi zaradi para elektronov, ki pripadajo dušiku pred začetkom interakcije.

To je kovalentna vez z donorsko-akceptorskim mehanizmom. Zaradi interakcije se tvori amonijev kation, ki se z ionskim mehanizmom kombinira z anioni, ki jih vsebujejo kisline.

Nastajanje ogljikovega monoksida

Mehanizem donor-akceptor se lahko uporabi kot primer uporabe molekule CO. Pri atomu ogljika na zunanji energetski ravni sta dva neparna elektrona. Enako število neparnih elektronov je pri atomu kisika. Posledično se med atomi tvori dvojna vez.

Zaradi para kisikovih elektronov in prazne ogljikove orbitalne sile se uporablja donorsko-akceptorski mehanizem za pridobitev vezi.

Molekula dušikove kisline

Zaradi prisotnosti treh neparnih elektronov atom dušika v tej spojini tvori tri variante vezi: z dvojnim kisikom, enim kisikom s hidroksilno skupino. V skladu z donorsko-akceptorskim mehanizmom nastane vez med drugim atomom kisika in dušikom.

Neparni elektroni se položijo na eno orbitalo, medtem ko se eden sprosti.

Predvidevamo lahko tudi, da atom dušika oddaja kisik s pomočjo elektrona. Pretvori se v amonijev kation, ki ima 4 neparne elektrone, zadrži anion zaradi sil elektrostatične interakcije.

Lastnosti komunikacije

Kot darovalca obstajajo molekule, v katerih so atomi N, O, F, Cl, povezani z atomi drugih kemijskih elementov. Akceptor je delček z praznimi elektronskimi ravnmi. Na primer, to so lahko predstavniki d-družin, ki imajo nezapolnjene d-orbitale.

V molekuli amoniaka se za tvorbo vezi uporabljajo trije neparni elektroni dušikovega atoma, vključeni pa so 1s-elektron pri treh atomih vodika. Povezave so vzdolž treh osi p-orbital. Molekula ima varianto pravilne piramide, v kotih katere so vodikovi atomi, pri vrhu pa dušikov dušik. Kot med vezmi je 107 stopinj. Podobno oblikovane molekule tvorijo z vodikom naslednje elemente: antimon, arzen, fosfor.

Lastnosti kovalentne vezi, ki jo tvori donorsko-akceptorski mehanizem, se ne razlikujejo od lastnosti vezi, ki jo tvori menjalni mehanizem. Donorji so lahko dušikovi, žveplovi, fosforni, kisikovi atomi, ki imajo na majhnih valentnih orbitalah osamljene elektronske pare.

Funkcijo akceptorja opravljajo vodikovi kationi, del p-kovin, na primer aluminij, ki tvori Al- ₄ ^- ion.

Prav tako so sprejemniki d-elementi, ki imajo v zunanji elektronski plasti prazno energetsko celico.

Opozoriti je treba, da so vse glavne značilnosti, kot so zasičenost, dolžina, večkratnost, uporabljene za ta mehanizem komunikacije.

Značilnosti organskih spojin

Za organske darovalce je možna interakcija z mehanizmom izmenjave. Še posebej med njimi so π-darovalci, značilen primer katerih so tetrakis (dimetilamino) etilen (TDAE), organski akceptorji (fulereni), kinodimetani z akceptorskimi substituenti.

Kemična interakcija teh spojin ustvarja kompleks s prenosom naboja. V njej pozitivno nabiti donor vzajemno deluje z negativno nabitim akceptorjem zaradi elektrostatičnih sil. Pomembni so sistemi, v katerih se prenos naboja v zemeljskem elektronskem stanju zgodi delno, v primeru foto vzbujanja pa opazimo njegov celoten prenos.

Za izdelavo naprav, ki pretvarjajo sončno energijo, se uporabljajo taki sistemi, donorsko-akceptorske diade, triade, v katerih je mostna skupina med akceptorjem in darovalcem, ki omogoča povečanje trajanja stanja s prenosom električnega naboja. Podoben pojav, povezan s prenosom naboja v kateri koli obliki, se uporablja v mnogih bioloških procesih.

Zato so podrobno proučene značilnosti interakcije skozi donorsko-akceptorski mehanizem v organskih spojinah, analizirane so možnosti pospeševanja (upočasnjevanja) podobnih procesov, možnosti uvajanja dodatnih snovi (katalizatorjev).

Poglejmo nekaj

Interakcija med donorjem in akceptorjem je ena najpomembnejših manifestacij kovalentne polarne kemijske vezi. Veliko pozornosti namenja anorganski, analitični, organski kemiji.

Na primer, prav z vidika mehanizma darovalca-akceptorja je pojasnjeno nastajanje kovalentnih lokaliziranih vezi v molekularnih ionih koordinacijskih (kompleksnih) spojin. Povezava v njih nastane zaradi osamljenega elektronskega para liganda in prostih orbitalov kompleksirnega sredstva. Mehanizem donor-akceptor prav tako pojasnjuje nastanek vmesnih proizvodov. Predvsem gre za ustvarjanje kompleksov s prenosom dajatev.

Obstaja model donorsko-akceptorskega mehanizma le v okviru koncepta valence kot možnosti lokaliziranja elektronske gostote v procesu oblikovanja kovalentnih vezi. Ta mehanizem je osnova za nastanek različnih kompleksnih spojin. Takšna interakcija je potrebna za kislinsko-bazične transformacije, povezane s prenosom vodikovega iona (akceptorja), tvorbo nanostruktur.