Образование ковалентной связи можно описать с помощью двух механизмов – равноценного и донорно-акцепторного.
Равноценный механизм предполагает, что общая электронная пара (в методе валентных связей) образуется из неспаренных электронов обоих атомов-партнеров по связи.
Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи предполагает, что один из атомов предоставляет для образования связи неподеленную (собственную) пару электронов, а другой атом – вакантную (пустую, без электронов) атомную орбиталь.
Донор – это атом, который поставляет пару электронов в область образования химической связи.
Акцептор – это атом, имеющий вакантную орбиталь, который притягивает часть электронной плотности от электронной пары донора.
При образовании ковалентной связи участвующие атомы могут быть как нейтральными, так и заряженными; как свободными, так и уже химически связанными, т.е. входящими в состав молекул.
После образования связи по донорно-акцепторному механизму уже нельзя указать, какой атом был донором, а какой – акцептором электронной пары.
Например, молекула H2 со связью H-H может образовываться (в рамках метода валентных связей) из двух атомов водорода при обобществлении двух неспаренных электронов (равноценный механизм). Однако тот же результат достигается, если исходными являются заряженные атомы H-1 и H+1. Атом H-1 предоставляет для образования связи H-H свою неподеленную пару электронов 1s2, а атом H+1 – вакантную 1s-атомную орбиталь.
Неподеленные пары электронов, имеющиеся у центральных атомов многих молекул (:SO2, :NH3), также могут образовывать дополнительные связи по донорно-акцепторному механизму. Партнером таких центральных атомов должна быть частица (или атом сложной частицы) с недостатком электронов.
Молекула SO2 присоединяет в атому серы по месту ее неподеленной пары атом кислорода (2s22p4) и образует молекулу SO3. Геометрическая форма частицы-продукта становится более симметричной (правильный треугольник) по сравнению с незавершенной формой у реагента SO2.
Молекула аммиака NH3 содержит неподеленную пару электронов у атома азота; молекула воды H2O также имеет неподеленные пары у атома кислорода. Вместе с активным акцептором – ионом водорода H+ по донорно-акцепторному механизму образуются катионы аммония NH4+ и оксония H3O+.
Форма молекулы NH3 (незавершенный тетраэдр) становится полностью симметричной в катионе NH4+ (правильный тетраэдр); симметричность катиона оксония H3O+ также выше, чем у молекулы воды H2O. В ионах H3O+ и NH4+ все атомы водорода неразличимы, т.е. уже нельзя указать тот атом водорода, который был до образования связи в виде H+ и служил акцептором электронной пары. Тип гибридизации центральных атомов O-II (в H3O+) и N-III (в NH4+) остается тем же, что был в молекулах H2O и NH3 (sp3-гибридизация). Следует отметить, что катион NH4+ – это по форме такой же правильный тетраэдр, как и молекула CCl4 или молекула метана CH4.
В старой литературе был принят способ отмечать связь по донорно-акцепторному механизму образования ковалентной связи стрелкой (в отличие от черты для обозначения ковалентной связи по равноценному механизму), например:
Кроме того, для образовавшейся по донорно-акцепторному механизму ковалентной связи были приняты названия в простых соединениях – семиполярная, а в комплексных соединениях – донорно-акцепторная, или координационная связь. Поскольку ковалентные связи, образующиеся по обоим механизмам, по свойствам не различаются, указанные названия применять нецелесообразно.