Механізми утворення ковалентного зв’язку

Ковалентний зв’язок може здійснюватись спільною парою електронів, яка утворюється неспареними електронами двох атомів, що взаємодіють.

Проте число ковалентних зв’язків може бути і більшим, ніж число наявних у незбудженого атома неспарених електронів. Так, атом вуглецю в незбудженому стані у зовнішньому шарі має тільки два неспарених електрони, тобто здатний утворювати два ковалентних зв’язки. Проте для вуглецю характерні сполуки, у яких він чотиривалентний (СН₄, СО₂ тощо). Це стає можливим завдяки “розпаровуванню” електронів під час збудження атома вуглецю:

2s² 2p² 2s¹ 2p³

С С*

При цьому у зовнішньому електронному шарі атома вуглецю міститиметься вже чотири неспарених електрони, тобто збуджений атом вуглецю може брати участь в утворенні чотирьох ковалентних зв’язків. Збільшення числа ковалентних зв’язків супроводиться виділенням більшої кількості енергії, ніж затрачено на збудження атома.

Однак механізм утворення ковалентного зв’язку може бути й іншим. Розлянемо для прикладу утворення ковалентного зв’язку в молекулі оксиду вуглецю(ІІ) СО.

Атом вуглецю в незбудженому стані має два неспарених електрони 1s²2s²2p². В атомі кисню є теж тільки два неспарених електрони 1s²2s²2p⁴. Внаслідок “спаровування” двох пар електронів атомів кисню і вуглецю у молекулі оксиду вуглецю (ІІ) утворюються дві спільні пари електронів:

С + О С О.

При цьому навколо атома кисню утворюється стійка восьмиелектронна конфігурація, а навколо атома вуглецю такої стійкої конфігурації немає.

Атом кисню містить на зовнішньому шарі ще неподілені пари електронів, а атом вуглецю - вільну р-орбіталь. Тому кратність валентності у молекулі СО підвищується за рахунок донорно-акцепторного зв’язку, що утворюється в результаті переходу неподіленої пари електронів атома кисню на вільну орбіталь атома вуглецю. В цьому разі досягається стійка восьмиелектронна конфігурація навколо кожного з атомів С О . Тому молекулу СО записують так: С О .

Формула показує, що в молекулі СО атом вуглецю сполучений з атомом кисню трьома хімічними зв’язками. З трьох спільних пар електронів дві утворилися шляхом спаровування електронів двох атомів, що взаємодіяли. Третя пара електронів належала спочатку тільки атому кисню, який є донором електронної пари відносно атома вуглецю, а атом вуглецю - акцептором цієї пари електронів.

Хімічний зв’язок, що виникає між атомами в результаті узагальнення пари електронів, що належала одному з них, дістав назву ковалентного, утвореного за донорно-акцепторним механізмом.

Отже, ковалентний зв’язок за донорно-акцепторним механізмом виникає внаслідок переміщення зв’язуючої пари електронів одного атома (донора) на вільну орбіталь другого атома (акцептора).

Наприклад, утворення іона амонію:

Зазначимо, що всі чотири зв’язки в іоні амонію рівноцінні, незважаючи на те, що три з них утворились як звичайні ковалентні зв’язки, а четвертий - за донорно-акцепторним механізмом; заряд цього іона (+1) належить не якомусь одному з атомів, що утворюють іон, а іонові в цілому. Тому будову його записують так: