/ / Μηχανισμός δότη-δέκτης: παραδείγματα. Τι είναι ένας μηχανισμός δότη-δέκτη;

Μηχανισμός δότη-δέκτης: παραδείγματα. Τι είναι ένας μηχανισμός δότη-δέκτη;

Ένας χημικός δεσμός είναι ένας δεσμός μεταξύ δύο ή περισσοτέρων ατόμων (μορίων) σε μια οργανική ή ανόργανη ένωση. Δημιουργείται όταν μειώνεται η συνολική ενέργεια στο σύστημα.

Μπορούν όλα τα στοιχεία να σχηματίζουν χημικούς δεσμούς

Όλα τα στοιχεία του περιοδικού πίνακα διαφέρουνικανότητα να σχηματίζει μια σύνδεση. Το πιο σταθερό και ως εκ τούτου χημικά ανενεργό είναι άτομα ευγενών (αδρανών) αερίων, αφού περιέχουν στο εξωτερικό κέλυφος ηλεκτρονίων δύο ή οκτώ ηλεκτρόνια. Αποτελούν ένα μικρό αριθμό συνδέσεων. Για παράδειγμα, το νέον, το ήλιο και το αργό δεν σχηματίζουν χημικούς δεσμούς με κανένα στοιχείο, ενώ το ξένον, το κρυπτόνιο και το ραδόνιο μπορούν να αντιδρούν με μόρια φθορίου και νερού.

Για άτομα άλλων στοιχείων, τα εξωτερικά επίπεδα δεν είναι πλήρη και έχουν ένα έως επτά ηλεκτρόνια, έτσι σχηματίζουν χημικοί δεσμοί για να ενισχύσουν τη σταθερότητα του κελύφους.

Είδη χημικής συγκόλλησης

Υπάρχουν διάφοροι τύποι επικοινωνίας:

  1. Covalent.
  2. Ιωνικό.
  3. Μέταλλο.
  4. Υδρογόνο.

Ομοιογενής δεσμός

Αυτός ο τύπος δεσμού σχηματίζεται μεταξύ των ατόμων στομορίου ως αποτέλεσμα της κοινωνικοποίησης ή της επικάλυψης του ζεύγους ηλεκτρονίων σθένους. Συνεπώς, υπάρχουν μηχανισμοί ανταλλαγής (α) και δέκτη-δέκτη (β) για τον σχηματισμό ενός ομοιοπολικού δεσμού. Μια ειδική περίπτωση είναι η ματαιοδοξία, η οποία θα εξεταστεί παρακάτω.

Ομοιογενής δεσμός: μηχανισμός ανταλλαγής

μηχανισμό ανταλλαγής

Τα άτομα στο εξωτερικό επίπεδο έχουν μη ζευγαρωμέναηλεκτρόνια. Κατά την αλληλεπίδραση, τα εξωτερικά κελύφη επικαλύπτονται. Οι αντιπαράλληλες περιστροφές απλών ηλεκτρονίων που περιέχονται σε εξωτερικά επίπεδα συνδυάζονται για να σχηματίσουν ένα ζεύγος ηλεκτρονίων κοινό και για τα δύο άτομα. Αυτό το ζεύγος ηλεκτρονίων είναι, στην πραγματικότητα, ένας ομοιοπολικός δεσμός, ο οποίος σχηματίζεται από έναν μηχανισμό ανταλλαγής, για παράδειγμα, σε ένα μόριο υδρογόνου.

Ομοιοπολικός δεσμός: μηχανισμός δότη-δέκτη

μηχανισμό λήψης-δέκτη

Αυτός ο μηχανισμός είναι να κοινωνικοποιηθούνδύο άτομα δύο ηλεκτρονίων στο εξωτερικό επίπεδο. Σε αυτήν την περίπτωση, ένα από τα άτομα ενεργεί ως δότης (παρέχει δύο ηλεκτρόνια), και το άλλο - ένας δέκτης (έχει κενή τροχιά για τα ηλεκτρόνια). Τα άτομα των s- και ρ-στοιχείων μπορούν να είναι είτε δέκτες είτε δότες ηλεκτρονίων. Τα άτομα των d-στοιχείων μπορούν να είναι τόσο δότες όσο και δέκτες.

Για να κατανοήσουμε τι είναι ο μηχανισμός του δότη-δέκτη, εξετάστε δύο απλούστερα παραδείγματα - τον σχηματισμό κατιόντων υδροξονίου H3Ο+ και NH αμμωνίου4+.

Ένα παράδειγμα μηχανισμού δότη-δέκτη είναι το κατιόν αμμωνίου

Σχηματικά, η αντίδραση σχηματισμού σωματιδίων αμμωνίου έχει ως εξής:

NH3+ Η+= ΝΗ4+

Τα ηλεκτρόνια στο άτομο Ν διανέμονται με την ακόλουθη σειρά: 1s2 2s23.

Ηλεκτρονική δομή του κατιόντος Η: 1s0.

Το άτομο αζώτου στο εξωτερικό επίπεδο περιέχει δύο s- καιτρία ηλεκτρόνια. Τρία ρ-ηλεκτρόνια εμπλέκονται στο σχηματισμό τριών ομοιοπολικών αζωτούχο-υδρογόνου τύπου δεσμών Ν-Η. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται το μόριο αμμωνίας ΝΗ.3 με τύπο ομοιοπολικού δεσμού. Δεδομένου ότι το άτομο αζώτου Ν στο εξωτερικό επίπεδο έχει ένα ζευγάρι περισσότερα ηλεκτρόνια, το μόριο ΝΗ3 μπορεί επίσης να συνδέσει ένα κατιόν υδρογόνου. Το μόριο αμμωνίας είναι ένας δότης και το κατιόν υδρογόνου είναι Η+ - δέκτης που δέχεται ηλεκτρόνια δότη από άζωτο στο δικό του ελεύθερο s-τροχιακό.

μηχανισμό δότη-δέκτη ομοιοπολικού δεσμού

Ένα παράδειγμα μηχανισμού δότη-δέκτη - Η3Ο (ιόν υδροξονίου)

Τα ηλεκτρόνια στο άτομο οξυγόνου κατανέμονται με την ακόλουθη σειρά: 1s2 2s24.

Το άτομο οξυγόνου στο εξωτερικό επίπεδο έχει δύο s καιτέσσερα p-ηλεκτρόνια. Σε αυτή τη βάση, δύο ελεύθερα ρ-ηλεκτρόνια και δύο s-ηλεκτρόνια από δύο άτομα Η λαμβάνουν μέρος στο σχηματισμό δεσμών Η-Ο. Δηλαδή, υπάρχουν 2 δεσμοί στο Η μόριο2O - ομοιοπολική, που σχηματίζεται από το μηχανισμό ανταλλαγής.

Ηλεκτρονική δομή του κατιόντος υδρογόνου: 1s0.

Από το άτομο οξυγόνου στο εξωτερικό επίπεδουπάρχουν ακόμα δύο ηλεκτρόνια (τύπος s), μπορεί να σχηματίσει έναν τρίτο ομοιοπολικό δεσμό με μηχανισμό δότη-δέκτη. Ο αποδέκτης μπορεί να είναι ένα άτομο που έχει ένα ελεύθερο τροχιακό, σε αυτό το παράδειγμα είναι ένα σωματίδιο Η+. Το ελεύθερο s-τροχιακό του κατιόντος Η+ καταλαμβάνουν δύο ηλεκτρόνια του ατόμου οξυγόνου.

μηχανισμό σχηματισμού δεσμού δότη-δέκτη

Μηχανισμός δέκτη-δότη για τον σχηματισμό ομοιοπολικών δεσμών μεταξύ ανόργανων μορίων

Μηχανισμός δέκτη-δέκτη ομοιοπολικού δεσμούόχι μόνο στις αλληλεπιδράσεις του τύπου "άτομο-άτομο" ή "μόριο-άτομο", αλλά και στις αντιδράσεις που συμβαίνουν μεταξύ των μορίων. Η μόνη προϋπόθεση για αλληλεπίδραση δότη-δέκτη των κινητικά ανεξαρτήτων μορίων είναι η μείωση της εντροπίας, με άλλα λόγια, η αύξηση της τάξης της χημικής δομής.

Εξετάστε το πρώτο παράδειγμα - ο σχηματισμός του απρωτικού οξέος (οξύ Lewis) NH3Bf3. Αυτό το ανόργανο σύμπλεγμα σχηματίζεται στην αντίδραση προσθήκης του μορίου αμμωνίας και του φθοριούχου βορίου.

NH3+ Bf3= ΝΗ3Bf3

Τα ηλεκτρόνια στο άτομο του βορίου κατανέμονται με την ακόλουθη σειρά: 1s2 2s21.

Όταν ένα άτομο Β διεγείρεται, ένα ηλεκτρόνιο τύπου s μετακινείται προς την π-υποπεριοχή (1s2 2s12). Έτσι, στο εξωτερικό επίπεδο του διεγερμένου ατόμου βορίου υπάρχουν δύο s- και δύο p-ηλεκτρόνια.

Στο μόριο BF3 σχηματίζονται τρεις ομοιοπολικοί δεσμοί βορον-φθορο b-fτύπου ανταλλαγής (άτομα βορίου και φθορίου παρέχουν ένα ηλεκτρόνιο το καθένα). Μετά τον σχηματισμό τριών ομοιοπολικών δεσμών στο άτομο του βορίου στο εξωτερικό κέλυφος ηλεκτρονίων, παραμένει ένα ελεύθερο ρ-υπόβαθρο, λόγω του οποίου το μόριο φθοριούχου βορίου μπορεί να ενεργήσει ως δέκτης ηλεκτρονίων.

Τα ηλεκτρόνια στο άτομο του αζώτου κατανέμονται με την ακόλουθη σειρά: 1s2 2s23.

Τρία ηλεκτρόνια από τα άτομα Ν και Η εμπλέκονταισχηματισμού δεσμού αζώτου-υδρογόνου. Μετά από αυτό, το άζωτο έχει ακόμη δύο ακόμα ηλεκτρόνια τύπου δ που μπορεί να εξασφαλίσει το σχηματισμό ενός δεσμού από τον μηχανισμό δότη-δέκτη.

παραδείγματα μηχανισμού δότη-δέκτη

Στην αντίδραση μεταξύ τριφθοριούχου βορίου και αμμωνίας, το μόριο ΝΗ3 παίζει το ρόλο ενός δότη ηλεκτρονίων και του μορίου BF3 - δέκτης. Ένα ζεύγος ηλεκτρονίων αζώτου καταλαμβάνει το ελεύθερο τροχιακό φθοριούχο βόριο και σχηματίζεται η χημική ένωση ΝΗ.3Bf3.

Ένα άλλο παράδειγμα του μηχανισμού σχηματισμού δεσμού-δέκτη είναι η παρασκευή ενός πολυμερούς φθοριούχου βηρυλλίου.

Σχηματικά, η αντίδραση είναι ως ακολούθως:

Bef2+ BeF2+ ... + BeF2-> (BeF2),n

Ηλεκτρόνια σε ένα άτομο Be βρίσκονται όπως αυτό - 1s2 2s2, και στο άτομο F - 1s2 2s25.

Δύο δεσμοί βηρυλλίου-φθορίου σε ένα μόριο φθοριούχου βηρυλλίου είναι ομοιοπολικοί τύποι ανταλλαγής (δύο ηλεκτρόνια από δύο άτομα φθορίου και δύο ηλεκτρόνια του s-subvel του βηρυλλίου).

Μεταξύ ενός ζεύγους ατόμων βηρυλλίου (Be) και φθορίου (F)δύο περισσότεροι ομοιοπολικοί δεσμοί σχηματίζονται από τον μηχανισμό δότη-δέκτη. Σε ένα πολυμερές φθοριούχου βηρυλλίου, ένα άτομο φθορίου είναι ένας δότης ηλεκτρονίων, ένα άτομο βηρυλλίου είναι ο αποδέκτης του που έχει ένα κενό τροχιακό.

μηχανισμός λήψης-δέκτη του σχηματισμού ομοιοπολικού δεσμού

Μηχανισμός λήψης-δέκτη για τον σχηματισμό ομοιοπολικών δεσμών μεταξύ οργανικών μορίων

Πότε είναι η δημιουργία της επικοινωνίαςο μηχανισμός που εξετάζεται μεταξύ των μορίων οργανικής φύσης, σχηματίζουν πιο σύνθετες ενώσεις - σύμπλοκα. Οποιαδήποτε ομοιοπολικά συνδεδεμένη οργανική ένωση περιέχει τόσο κατεχόμενα (μη συγκολλητικά και δεσμευτικά) όσο και κενά τροχιακά (χαλάρωση και μη συγκόλληση). Η πιθανότητα σχηματισμού συμπλοκών δότη-δέκτη καθορίζεται από το βαθμό σταθερότητας του συμπλόκου, το οποίο εξαρτάται από την ισχύ του δεσμού.

Εξετάστε ένα παράδειγμα - αντίδραση αλληλεπίδρασηςμεθυλαμίνης με υδροχλωρικό οξύ για να σχηματίσουν χλωριούχο μεθυλαμμώνιο. Στο μόριο μεθυλαμίνης, όλοι οι ομοιοπολικοί δεσμοί που σχηματίζονται από τον μηχανισμό ανταλλαγής είναι δύο δεσμοί Η - Ν και ένας δεσμός Ν - ΟΗ3. Μετά από συνδυασμό με υδρογόνο και μεθύλιοομάδα του ατόμου αζώτου έχει ένα ζεύγος ηλεκτρονίων τύπου δ. Όντας δότης, παρέχει αυτό το ζεύγος ηλεκτρονίων για ένα άτομο υδρογόνου (δέκτης), το οποίο έχει ένα ελεύθερο τροχιακό.

τι είναι ο μηχανισμός δότη-δέκτη

Μηχανισμός δέκτη-δότη χωρίς να σχηματίζει χημικό δεσμό

Όχι σε όλες τις περιπτώσεις δότη-δέκτηαλληλεπίδραση είναι η κοινωνικοποίηση του ζεύγους ηλεκτρονίων και ο σχηματισμός της επικοινωνίας. Ορισμένες οργανικές ενώσεις μπορούν να συνδυαστούν μεταξύ τους λόγω της αλληλεπικάλυψης του τροχιακού δότη που είναι γεμάτος με το κενό τροχιακό του αποδέκτη. Υπάρχει μια μεταφορά φορτίου - τα ηλεκτρόνια απομακρύνονται μεταξύ του δέκτη και του δότη, που βρίσκονται πολύ κοντά το ένα στο άλλο. Δημιουργούνται σύνθετες ενώσεις με μεταφορά φορτίου (CRP).

Αυτή η αλληλεπίδραση είναι χαρακτηριστική για συστήματα piτα τροχιακά των οποίων επικαλύπτονται εύκολα και τα ηλεκτρόνια εύκολα να πολώνονται. Μεταλλοκένια, ακόρεστες αμινο ενώσεις, ΤΤΑΕ (τετρακις (διμεθυλαμινο) αιθυλένιο) μπορούν να δράσουν ως δότες. Οι αποδεκτοί είναι συχνά φουλερένια, κινοδιμεθάνια, με υποκαταστάτες δέκτη.

Η μεταφορά χρέωσης μπορεί να είναι μερική ή πλήρης. Η πλήρης μεταφορά φορτίου λαμβάνει χώρα με φωτοεκπομπή του μορίου. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται ένα σύμπλεγμα, το οποίο μπορεί να παρατηρηθεί φασματικά.

Ανεξάρτητα από την πληρότητα της μεταφοράς χρεώσεων, τέτοιατα σύμπλοκα είναι ασταθή. Για να αυξηθεί η αντοχή και η διάρκεια ζωής μιας τέτοιας κατάστασης, εισάγεται επιπλέον μια ομάδα γέφυρας. Ως αποτέλεσμα, τα συστήματα δότη-δέκτη έχουν χρησιμοποιηθεί επιτυχώς σε συσκευές μετατροπής της ηλιακής ενέργειας.

Σε ορισμένα οργανικά μόρια, δεσμεύστεΟ μηχανισμός δότη-δέκτης σχηματίζεται μέσα στο μόριο μεταξύ των ομάδων δότη και δέκτη. Αυτός ο τύπος αλληλεπίδρασης ονομάζεται transannular αποτέλεσμα, ο οποίος είναι χαρακτηριστικός, για παράδειγμα, των ατρανών (οργανομεταλλικές ενώσεις με δεσμούς Ν-> Β, Ν-> Si).

Η ημιπολική επικοινωνία ή ο μηχανισμός Dative του σχηματισμού επικοινωνίας

Εκτός από την ανταλλαγή και ο δότης-δέκτης υπάρχειο τρίτος μηχανισμός είναι το dative (άλλα ονόματα είναι ημιπολικά, ημιπολικά, ή συντονισμός). Το άτομο του δότη δίδει ένα ζεύγος ηλεκτρονίων στο ελεύθερο τροχιακό ενός ουδέτερου ατόμου, το οποίο χρειάζεται δύο ηλεκτρόνια για να ολοκληρώσει το εξωτερικό επίπεδο. Παρουσιάζεται μια ιδιόμορφη μετάβαση της πυκνότητας ηλεκτρονίων από τον δέκτη στον δότη. Σε αυτή την περίπτωση, ο δότης καθίσταται θετικά φορτισμένος (κατιόν) και ο δέκτης γίνεται αρνητικά φορτισμένος (ανιόν).

Ο ίδιος ο χημικός δεσμός σχηματίζεται απότο κέλυφος συγκόλλησης (η επικάλυψη δύο ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων ενός από τα άτομα από το εξωτερικό ελεύθερο τροχιακό του άλλου) και η ηλεκτροστατική έλξη που προκύπτει μεταξύ του κατιόντος και του ανιόντος. Έτσι, οι ομοιοπολικοί και ιονικοί τύποι συνδυάζονται στον ημιπολικό δεσμό. Μια ημιπολική σχέση είναι χαρακτηριστική των d-στοιχείων, τα οποία σε διαφορετικές ενώσεις μπορούν να παίξουν το ρόλο τόσο του δέκτη όσο και του δότη. Στις περισσότερες περιπτώσεις, βρίσκεται σε σύνθετες και οργανικές ουσίες.

Παραδείγματα ισχυρής επικοινωνίας

Το πιο απλό παράδειγμα είναι το μόριο χλωρίου. Ένα άτομο Cl δίνει ένα ζεύγος ηλεκτρονίων σε ένα άλλο άτομο χλωρίου, το οποίο έχει ένα ελεύθερο d-τροχιακό. Στην περίπτωση αυτή, ένα άτομο Cl είναι θετικά φορτισμένο, το άλλο είναι αρνητικό και συμβαίνει ηλεκτροστατική έλξη μεταξύ τους. Λόγω του μεγάλου μήκους, ο δακτυλιοειδής δεσμός έχει μικρότερη αντοχή σε σύγκριση με τον τύπο ομοιοπολικής ανταλλαγής και δέκτη-δέκτη, αλλά η παρουσία του αυξάνει την ισχύ του μορίου χλωρίου. Γι 'αυτό το μόριο Cl2 πιο ανθεκτικό από το F2 (το άτομο φθορίου δεν έχει d-τροχιακά, ο δεσμός φθορίου-φθορίου είναι μόνο ομοιοπολική ανταλλαγή).

Μόριο μονοξειδίου του άνθρακα CO (μονοξείδιο του άνθρακα)που σχηματίζεται από τρεις δεσμούς Ο-Ο. Δεδομένου ότι τα άτομα οξυγόνου και άνθρακα στο εξωτερικό επίπεδο έχουν δύο απλά ηλεκτρόνια, μεταξύ τους σχηματίζονται δύο ομοιοπολικοί δεσμοί ανταλλαγής. Μετά από αυτό, το άτομο άνθρακα έχει ένα κενό τροχιακό, και το άτομο Ο έχει δύο ζεύγη ηλεκτρονίων στο εξωτερικό επίπεδο. Ως εκ τούτου, στο μόριο του μονοξειδίου του άνθρακα (II) υπάρχει ένας τρίτος δεσμός - ένας επταπολικός δεσμός που σχηματίζεται από δύο ζεύγη σθένους που συσσωρεύονται με οξυγόνο και ένα περιθώριο ελεύθερου άνθρακα.

Εξετάστε ένα πιο περίπλοκο παράδειγμα - το σχηματισμό αυτού του τύπου επικοινωνίας στο παράδειγμα της αλληλεπίδρασης διμεθυλαιθέρα (H3C-O-CH3) με χλωριούχο αργίλιο AlCl3. Το άτομο οξυγόνου σε διμεθυλαιθέρα δεσμεύεται από δύοομοιοπολικούς δεσμούς με ομάδες μεθυλίου. Μετά από αυτό, έχει δύο ακόμα ηλεκτρόνια αριστερά στο p-subblevel, τα οποία δίνει στο άτομο δέκτη (αλουμίνιο) και γίνεται θετικό κατιόν. Σε αυτή την περίπτωση, το άτομο δέκτη αποκτά ένα αρνητικό φορτίο (μετατρέπεται σε ένα ανιόν). Το κατιόν και το ανιόν αλληλεπιδρούν ηλεκτροστατικά μεταξύ τους.

Η αξία της σύνδεσης δότη-δέκτη

Ο μηχανισμός του σχηματισμού επικοινωνίας δότη-δέκτηείναι σημαντική στην ανθρώπινη ζωή και είναι ευρέως κατανεμημένη σε χημικές ενώσεις τόσο οργανικής όσο και ανόργανης φύσης, γεγονός που επιβεβαιώνεται από τα παραπάνω παραδείγματα. Η αμμωνία, στην οποία υπάρχει κατιόν αμμωνίου, έχει χρησιμοποιηθεί με επιτυχία στην καθημερινή ζωή, στην ιατρική και στη βιομηχανική παραγωγή λιπασμάτων. Το ιόν υδροξονίου παίζει σημαντικό ρόλο στη διάλυση οξέων σε νερό. Το μονοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιείται στη βιομηχανία (για παράδειγμα, στην παραγωγή λιπασμάτων, συστήματα λέιζερ) και έχει μεγάλη σημασία στα φυσιολογικά συστήματα του ανθρώπινου σώματος.

</ p>>
Διαβάστε περισσότερα: