Читаем Общая химия полностью

За счет имеющихся неспаренных электронов атом углерода может образовать две ковалентные связи. Между тем для углерода характерны соединения, в которых каждый его атом связан с соседними атомами четырьмя ковалентными связями (например, CO2, CH4 и т.д.). Это оказывается возможным благодаря тому, что при затрате некоторой  энергии можно один из имеющихся в атоме 2s-электронов перевести на подуровень 2p; в результате атом переходит в возбужденное состояние, а число неспаренных электронов возрастает. Такой процесс возбуждения, сопровождающийся «распариванием» электронов, может быть представлен следующей схемой, в которой возбужденное состояние отмечено звездочкой у символа элемента:

- 123 -

Теперь во внешнем электронном слое атома углерода находятся четыре неспаренных электрона; следовательно, возбужденный атом углерода может участвовать в образовании четырех ковалентных связей. При этом увеличение числа создаваемых ковалентных связей сопровождается выделением большего количества энергии, чем затрачивается на перевод атома в возбужденное состояние.

Если возбуждение атома, приводящее к увеличению числа неспаренных электронов. Связано с очень большими затратами энергии, то эти затраты не компенсируются энергией образования новых связей% тогда такой процесс в целом оказывается энергетически невыгодным. Так, атомы кислорода и фтора не имеют свободных орбиталей во внешнем электронном слое:

Здесь возрастание числа неспаренных электронов возможно только путем перевода одного из электронов на следующий энергетический уровень, т.е. в состояние 3s. Однако такой переход сопряжен с очень большой затратой энергии, которая не покрывается энергией, выделяющейся при возникновении новых связей. Поэтому за счет неспаренных электронов атом кислорода может образовать не больше двух ковалентных связей, а атом фтора — только одну. Действительно, для этих элементов характерна постоянная ковалентность, равная двум для кислорода и единице — для фтора.

Атомы элементов третьего и последующих периодов имеют во внешнем электронном слое d-подуровень, на которых при возбуждении могут переходить s- и p-электроны внешнего слоя. Поэтому здесь появляются дополнительные возможности увеличения числа неспаренных электронов. Так, атом хлора, обладающий в невозбужденном состоянии одним неспаренным электроном,

может быть переведен, при затрате некоторой энергии, в возбужденные состояния (Cl*), характеризующиеся тремя, пятью или семью неспаренными электронами;

- 124 -

Поэтому, в отличие от атома фтора, атом хлора может участвовать в образовании не только одной, но также трех, пяти или семи ковалентных связей. Так. В хлористой кислоте HClO2 ковалентность хлора равна трем, в хлорноватой кислоте HClO3 — пяти, а в хлорной кислоте HClO4 — семи. Аналогично атом серы, также обладающий незанятым 3d-подуровнем, может переходить в возбужденные состояния с четырьмя или шестью неспаренными электронами и участвовать, следовательно, в образовании  не только двух, как у кислорода, но также четырех или шести ковалентных связей. Этим можно объяснить существование соединений, в которых сера проявляет ковалентность, равную четырем (SO2, SCl4) или шести (SF6).

Во многих случаях ковалентные связи возникают и за счет спаренных электронов, имеющихся во внешнем электронном поле атома. Рассмотрим, например, электронную структуру молекулы аммиака:

Здесь точками обозначены электроны, первоначально принадлежавшие атому азота, а крестиками — принадлежавшие атомам водорода. Из восьми внешних электронов атома азота шесть образуют три ковалентные связи и являются общими для атома азота и атомов водорода. Но два электрона принадлежат только азоту и образуют неподеленную электронную пару. Такая пара электронов тоже может участвовать в образовании ковалентной связи с другим атомом, если во внешнем электронном слое этого атома есть свободная орбиталь. Незаполненная 1s-орбиталь имеется, например, у иона водорода H+, вообще лишенного электронов:

Поэтому при взаимодействии молекулы NH3 с ионом водорода между ними возникает ковалентная связь; неподеленная пара электронов атома азота становится общей для двух атомов, в результате чего образуется ион аммония NH4+:

Здесь  ковалентная связь возникла за счет пары электронов,  (донору электронной пары) и свободной орбитали другого атома первоначально принадлежавшей одному атому (акцептора электронной пары).

- 125 -

Такой способ образования ковалентной связи называется донорно-акцепторным. В рассмотренном примере донором электронной пары служит атом азота, а акцептором — атом водорода.

Опытом установлено, что четыре связи N-H в ионе аммония во всех отношениях равноценны. Из этого следует, что связь образованная донорно-акцепторным способом, не отличается по своим свойствам от ковалентной связи, создаваемой за счет неспаренных электронов взаимодействующих атомов*.

Перейти на страницу:

Похожие книги

Новейшая книга фактов. Том 3. Физика, химия и техника. История и археология. Разное
Новейшая книга фактов. Том 3. Физика, химия и техника. История и археология. Разное

Любознательность – вот то качество, которое присуще подавляющему большинству потомков Адама и Евы, любопытство – главная движущая сила великих научных открытий и выдающихся культурных достижений, грандиозных финансовых предприятий и гениальных свершений в любой сфере человеческой деятельности.Трехтомное издание, предлагаемое вашему вниманию, адресовано любознательным. Это не справочник и тем более не учебник. Главная его задача – не столько проинформировать читателя о различных занимательных и малоизвестных фактах, сколько вызвать деятельный интерес к той или иной области знаний. Его цель – помочь каждому из вас вовремя осознать свой талант и пробудить в себе музыканта, художника, поэта, бизнесмена, политика, астронома, экономиста.Книга предназначена не только школьникам, студентам, но и зрелым людям, для которых она станет надежным средством отрешиться от повседневных забот и осознать неисчерпаемое многообразие окружающего мира.Третий том посвящен физике, химии, технике, истории и археологии.

Анатолий Павлович Кондрашов

История / Медицина / Физика / Химия / Энциклопедии / Биология / Образование и наука / Словари и Энциклопедии