5. Донорно-акцепторний механізм утворення ковалентного зв’язку.

Крім розглянутого механізму спарювання електронів існує й інший механізм утворення ковалентного зв’язку. Метод валент­них зв’язків стверджує, що ковалентний зв’язок має бути двохелектронним, двоцентровим і локалізованим у просторі неза­лежно від того, як виникає спільна електронна пара.

Проте спільна електрона пара може утворитись не тільки за рахунок спарювання електронів, що належали орбіталям окре­мих атомів, а й внаслідок взаємодії неподіленої електронної па­ри одного атома та вільної орбіталі іншого: А: + □В → А:В. Та­кий механізм називають донорно-акцепторним.

Роль донора в разі утворення цього зв’язку може відігравати будь-яка частинка, що мас неподілені електронні пари, порівня­но великі розміри та надлишковий негативний заряд на по­верхні. Зазначеним вимогам відповідають насамперед негативно заряджені іони (аніони) та нейтральні молекули, утворені еле­ментами з великою електронегативністю, передусім киснем і азотом – NH₃, Н₂О, а також численні їхні похідні – спирти, кислоти, ефіри, аміни тощо. До них належать також сполуки, які містять атоми неметалів з малою електронегативністю (сір­ка, фосфор, селен тощо), оскільки вони слабко утримують неподілені електронні нари.

Навпаки, роль акцепторів зазвичай відіграють малі за розмі­ром частинки, які мають вільні електронні орбіталі на валентних підрівнях, деякий позитивний заряд на поверхні. Найчастіше це – катіони металів або нейтральні атоми.

Найпростішим прикладом утворення ковалентного зв’язку за донорно-акцепторним механізмом є взаємодія молекули аміаку або молекули води з катіоном водню:

Чотири зв’язки N–Н в утвореному іоні амонію NН₄⁺ так са­мо, як і три зв’язки Н–О в іоні гідроксонію Н₃O⁺, стали цілком рівноцінними між собою незалежно від початкового механізму їх виникнення, тобто ковалентний зв’язок, що утворюється за ме­ханізмом спарювання електронів, нічим не відрізняється від зв’язку, утвореного за донорно-акцепторним механізмом.

Зауважимо, що внаслідок приєднання іона водню до молеку­ли аміаку атом азоту насичує свою валентність і стає чотириковалентним. При цьому він використовує всі свої валентні орбіталі другого енергетичного рівня. Більшого числа ковалент­них зв’язків атом азоту утворити не може.

Особливо слід підкреслити, що максимальна ковалентність атомів елемента визначається граничним числом електронних орбіталей, які він може використати для утворення зв’язків чи за механізмом спарювання електронів, чи за донорно-акцепторним механізмом.

Наведемо приклади виникнення донорно-акцепторного зв’язку між різними за характером частинками:

Ni + 4CO = Ni(CO)₄;

(між атомом та молекулою)

H₃N + BF₃ = NH₃BF₃;

(між молекулами)

4NH₃ + Cu²⁺ = [Cu(NH₃)₄]²⁺;

BF₃ + F^- = BF^4-

(між молекулою та іоном)

Cu²⁺ + 4Cl^- = [CuCl₄]^2-.

(між іонами)

Іноді цей механізм спрацьовує в окремих молекулах, наприклад у молекулі СО:

Виникнення потрійного зв’язку в молекулі СО робить її подіб­ною за будовою та енергетичною стійкістю до молекули N₂.

Донорно-акцепторний механізм зв’язку відіграє важливу роль у разі утворення комплексних сполук, які будуть розгля­нуті нижче.