Номер 4, страница 93 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

4. В чём состоит донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи? Какой ещё механизм образования ковалентной связи вам известен? Подтвердите свои рассуждения рассмотрением строения катиона аммония.

В чём состоит донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи?

Донорно-акцепторный механизм — это один из способов образования ковалентной связи. Его суть заключается в том, что одна из взаимодействующих частиц, называемая донором, предоставляет свою электронную пару для образования общей связи, а другая частица, называемая акцептором, предоставляет для этой пары свободную (вакантную) атомную орбиталь. Таким образом, в отличие от обменного механизма, где каждый атом предоставляет по одному электрону, при донорно-акцепторном механизме оба электрона для связывающей пары поставляются только одним атомом (донором). При этом донором называют частицу (атом, ион, молекулу), предоставляющую электронную пару, а акцептором — частицу, предоставляющую для неё вакантную орбиталь. Образовавшаяся по донорно-акцепторному механизму ковалентная связь по своим свойствам (длина, энергия, полярность) ничем не отличается от ковалентной связи, образованной по обменному механизму.

Ответ: Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи состоит в том, что одна частица (донор) предоставляет пару электронов, а другая частица (акцептор) — свободную орбиталь для образования общей электронной пары.

Какой ещё механизм образования ковалентной связи вам известен?

Помимо донорно-акцепторного, существует обменный механизм образования ковалентной связи. Это наиболее распространенный механизм. При обменном механизме каждый из двух атомов, образующих связь, предоставляет по одному неспаренному электрону. Эти два электрона объединяются в общую электронную пару, которая принадлежит обоим атомам. За счет перекрывания их атомных орбиталей в межъядерном пространстве возникает область повышенной электронной плотности, которая притягивает положительно заряженные ядра атомов, удерживая их вместе.

Пример: образование молекулы водорода $H_2$. Каждый атом водорода имеет по одному неспаренному электрону. При сближении атомов их s-орбитали перекрываются, образуя общую электронную пару:

$H\cdot + \cdot H \rightarrow H:H$

Ответ: Другой механизм образования ковалентной связи — обменный, при котором каждый из взаимодействующих атомов предоставляет по одному неспаренному электрону для создания общей связывающей пары.

Подтвердите свои рассуждения рассмотрением строения катиона аммония.

Образование катиона аммония ($NH_4^+$) является классическим примером, иллюстрирующим оба механизма образования ковалентной связи.

1. Строение молекулы аммиака ($NH_3$). Атом азота имеет 5 валентных электронов ($2s^22p^3$). Три из них (неспаренные p-электроны) участвуют в образовании трех ковалентных полярных связей с тремя атомами водорода. Каждая из этих трех связей N-H образуется по обменному механизму: атом азота предоставляет один электрон, и атом водорода предоставляет один электрон. После образования трех связей у атома азота остается неподеленная электронная пара на 2s-орбитали. Благодаря наличию этой неподеленной пары электронов молекула аммиака ($:NH_3$) может выступать в роли донора.

2. Ион водорода ($H^+$). Ион водорода, или протон, образуется, когда атом водорода теряет свой единственный электрон. В результате у иона $H^+$ остается пустая 1s-орбиталь. Следовательно, ион водорода может выступать в роли акцептора.

3. Образование катиона аммония ($NH_4^+$). При взаимодействии молекулы аммиака с ионом водорода (например, в кислой среде) атом азота предоставляет свою неподеленную электронную пару на вакантную орбиталь иона водорода. Таким образом, образуется четвертая связь N-H по донорно-акцепторному механизму. Схематично этот процесс можно записать так:

$:NH_3 + H^+ \rightarrow [NH_4]^+$

В результате образуется катион аммония $NH_4^+$. Важно отметить, что после образования все четыре связи N-H в катионе аммония становятся абсолютно одинаковыми и неразличимыми. Положительный заряд распределяется равномерно по всему иону. Таким образом, в одной частице — катионе аммония — присутствуют связи, образованные по обоим механизмам, которые в итоге становятся эквивалентными.

Ответ: В катионе аммония $NH_4^+$ три связи N-H образованы по обменному механизму (в исходной молекуле $NH_3$), а четвертая связь N-H образуется по донорно-акцепторному механизму, где донором электронной пары является атом азота в молекуле аммиака, а акцептором — ион водорода ($H^+$) со своей вакантной орбиталью. После образования все четыре связи становятся равноценными.