Тройная связь между атомами кислорода и углерода подтверждается значением энергии связи углерод-кислород (значение ближе к энергии тройной связи, чем к энергии двойной связи), данными спектральных методов анализа.
2. Валентные возможности атомов. Азот.
Атомы азота, кислорода и фтора существенно отличаются от своих электронных аналогов вследствие отсутствия энергетического d -подуровня.
Электронная конфигурация атома азота 7N 1s2 2s22p3.
Валентные электроны 2s22p3 – 3 неспаренных электрона и 1 электронная пара. Таким образом, для азота следует ожидать валентность III.
| Пример: Азот N2 или аммиак NH3. В. N = III, В. H = I. | 
| 
|
Если отразить строение аммиака посредством структуры Льюиса, то становится очевидным, что кроме трёх связывающих пар, у атома азота располагается 1 неподелённая пара электронов (2s2).
Следовательно, атом азота способен выступать в качестве донора пары электронов.
В простейшем случае в роли акцептора выступает ПРОТОН: нам данный пример знаком по реакции аммиака с кислотами с образованием солей аммония.
| H3N: + o H+ = NH4+ |  ИЛИ 
|
Обратите внимание:
1. Акцептор должен иметь вакантную орбиталь (в данном случае атом водорода потерял электрон и располагает вакантной 1s-АО)
2. В ходе химической реакции заряд сохраняется (закон сохранения заряда!). Грубейшей ошибкой является отсутствие заряда, так как атом азота не способен образовать по обменному механизму 4 связи.
3. Строение катиона аммония изображается в виде трех ковалентных связей N – H, образованных по обменному механизму, обозначенных валентными штрихами, и одной ковалентной связи, образованной по донорно-акцепторному механизму, обозначенной стрелкой от атома азота к атому водорода. Положительный заряд должен быть изображен или на атоме азота (обычно над атомом), или частица NH4 заключается в квадратные скобки и за скобками рисуют знак «+ ».
4. Максимальная валентность азота равна ЧЕТЫРЕМ – у атома всего 4 АО, три из которых содержат неспаренные электроны, а одна – электронную пару. Следующий энергетический уровень (3s) располагается слишком далеко, чтобы использовать его для образования связи, по поэтому атом азота не в состоянии образовать валентность V.
О более сложных случаях образования ковалентных связей атомом азота
Вы узнаете немного позже.
3. Валентные возможности атомов. Сера.
Электроны валентного уровня атома серы в основном состоянии имеют конфигурацию
16S … 3s2 3p4 – 2 электронных пары и 2 неспаренных электрона.
| Данная электронная конфигурация соответствует валентности серы, равной II. Например, в молекуле сероводорода В. S = II, В. H = I. | 
H – S – H
|
Вывод (правило октета) [1]: при образовании химических соединений атомы элементов стремятся дополнить свою электронную конфигурацию до наиболее стабильной, ns2np6, октета электронов, соответствующей инертному газу.
Например, в молекуле сероводорода атом серы образует октет электронов за счет двух связывающих пар с атомами водорода и двух неподелённых электронных пар
Правило октета НЕ является ОБЯЗАТЕЛЬНЫМ, непреложным – существует бесчисленное множество соединений, в молекулах которых правило октета не соблюдается для того или иного элемента, однако оно правильно предсказывает общую тенденцию к образованию соединений подобной стехиометрии.
Для соединений d -элементов существует соответствующее правило восемнадцати электронов, так как именно такое количество электронов соответствует полностью завершенной ns2 (n‑1)d10 np6 – электронной оболочке.
Продолжим обсуждение валентных возможностей серы.
Вместе с тем, в атоме серы имеется вакантный 3d -подуровень (n = 3, l = 2), следовательно, при относительно небольших затратах энергии атом серы способен переходить в первое возбужденное состояние.
16S* … 3s2 3p3 3d1. – 1 электронная пара и 4 неспаренных электрона.
| В. S = IV. | ||
| 
| 
| |
| Фторид серы(IV), тетрафторид серы | оксид серы (IV), диоксид серы, сернистый газ, сернистый ангидрид | сернистая кислота | |
Наконец, возможен переход атома серы во второе возбужденное состояние, при котором один из электронов 3s-подуровня переходит на 3d-подуровень
(очевидно, что переход электрона на 3p-подуровень не имеет особенного смысла: на валентном уровне опять получается конфигурация, включающая 1 пару электронов и 4 неспаренных электрона)
16S** … 3s1 3p3 3d2. – 6 неспаренных электронов. В. S = VI.
| Таким образом, для атома серы в химических соединениях наиболее характерны валентности II, IV и VI | |||
| 
| 
| ||
| фторид серы(VI) гексафторид серы | оксид серы(VI), триоксид серы, серный ангидрид | серная кислота | ||
Вывод. Атом в химическом соединении стремится максимально использовать свои валентные возможности, чтобы образовать возможно большее число связей. Электронные пары валентного уровня могут разрушаться при наличии подходящих условий: близколежащих вакантных орбиталей (обычно p или d), так как затраты энергии с избытком компенсируются благодаря энергии образующихся связей. Электроны других уровней, кроме валентного, в образовании связей участия не принимают.
Дальнейшее обсуждение валентных возможностей атомов – прерогатива усердной домашней работы и захватывающе интересных семинаров по химии.
[1] Дублет – 2, триплет – 3, квартет – 4, квинтет – 5, секстет – 6, септет – 7, октет – 8. Таким образом, правило октета – это правило восьми электронов.