Вспомним такой опыт: к открытому сосуду с концентрированной соляной кислотой подносится палочка, смоченная в растворе аммиака — на палочке. Моментально образуется белое хлопьевидное вещество — хлористый аммоний. Образование хлористого аммония не может быть объяснено на основании выше рассмотренных типов химических связей. Молекулыimage186и НС1 электрически нейтральны; какimage187так и HCI образованы в полном соответствии с требованиями теории валентности. Ни одно из вступающих в реакцию веществ не содержит, следовательно, неспаренных электронов, способных образовывать валентные связи. Однако опыт показывает, что реакция присоединения все же происходит image188

Образование молекулы NH4CI в этом случае объясняется проявлением связи особого вида — донорно-акцепторной.

Донорно-акцепторная связь образуется между атомами, когда один из них (донор) имеет пару электронов, не участвующих в образовании химической связи («неподеленную» пару электронов), а другой (акцептор)— имеет свободную орбиту, на которую может быть принята эта неподеленная электронная пара.

Действительно, формулу молекулы аммиака можно записать в таком виде:

image191

где неподеленная пара электронов у атома азота обведена кружком.

Молекула НС1 полярна, т. е. электроны связи Н—С1 смещены к хлору, поэтому атом водорода имеет «частично не заполненную» 1 s-орбиталь.

При взаимодействииimage189за счет «неподеленной» пары электронов аммиака происходит дальнейшая поляризация молекулы НС1, так что образуются ионы image190При этом за счет «иеподеленной» пары электронов аммиака и происходит присоединение иона водородаimage192к азоту, после чего оба электрона азота становятся общими для азота и водорода, и образуется ион аммонияimage193

image201

Получившийся ион аммония имеет две важные особенности.

1.Образовавшаяся донорно-акцепторная связь пол

ностью эквивалентна трем прежннм ковалентным связям. Эта эквивалентность всех четырех связей N—Н следует из структуры ионаimage194имеющего форму

тетраэдра, характерного для молекулы метана СН* (т. е. осуществляетсяimage195гибридизация, именно поэтому на схеме образования иона NH4+ все четыре пары электронов обозначены одинаково — точками).

2.Положительный заряд, «принесенный» ионом водорода Н+, сообщается всему иону аммония в целом, т. е. распределяется по всем пяти атомам, входящим в состав иона, и связь междуimage196в целом является чисто ионной. И поэтому графическую формулу image197нужно изображать так:

image198

т. е. между ионамиimage199не должна стоять черточка (вспомните, что в структурных и графических формулах черточками — валентными штрихами — принято обозначать химическую связь, образованную общей парой электронов, т. е. ковалентную связь). С этой точки зрения нельзя говорить о структурной формуле image200и других ионных соединений.

Заметим, что в качестве доноров могут выступать атомы с большим количеством электронов, но образующих малое количество ковалентных связей, т. е. имеющих небольшое количество неспаренных электронов. Например, для элементов II периода такая возможность кроме атома азота имеется у кислорода (две неподеленные пары) и у фтора (три неподеленные пары).

Например, ион водородаimage202в водных растворах никогда не бывает в свободном состоянии, так как из молекул водыimage203и ионаimage204всегда образуется ион гидроксонияimage205

image211

Такой ион гидроксония присутствует во всех водяных растворах, хотя для простоты в написании сохраняется символimage206Таким образом, например, процесс диссоциации НС1 в воде правильнее выражать уравнением

image207

С точки зрения образования донорно- акцепторпой связи интересно дать современное, более правильное объяснение амфотерности гидрата окиси алюминия: в молекулахimage208вокруг атома алюминия имеется

б электронов—незаполненная электронная оболочка. Для завершения этой оболочки не хватает двух (1 пары) электронов. И когда к гидрату окиси алюминия прибавляют раствор щелочи, содержащей большое количество гидроксильных ионов, каждый из которых имеет отрицательный заряд и три неподеленные пары электроновimage209то ионы гидроксила атакуют атом алюминия, электронная оболочка которого не завершена

и образуют ионimage210который имеет отрицательный заряд (переданный ему гидроксил- анионом) и

image212

полностью завершенную восьмиэлектронную оболочку вокруг атома алюминия.

При упаривании таких растворов вода может отщепляться (атомы Н одного гидроксилаimage213 с другим гидроксилом ОН), и мы получим соединение

image219

Совершенно аналогично происходит образование связей и во многих другихмолекулах, даже в таких «простых», как молекулаimage214

image217

Атом азота при этом отдает свою электронную пару атому кислорода, который ее принимает: в результате как вокруг атома кислорода, так и вокруг азота достигается полностью завершенная восьмиэлектронная оболочка, но поскольку атом азота отдал свою пару и поэтому владеет ею совместно с другим атомом, он приобрел заряд «+», а атом кислорода — заряд «—».