Hóa đại Cương Chuong4 Lien Ket Hoa Hoc - Tài Liệu Text - 123doc

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.doc) (21 trang)

Trang chủ

Giáo án - Bài giảng

Cao đẳng - Đại học

Hóa đại cương Chuong4 lien ket hoa hoc

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.57 MB, 21 trang )

Chương IV: Liên Kết Hóa HọcNguyễn Minh KhaChương IV. LIÊN KẾT HÓA HỌC VÀ CẤU TẠO PHÂN TỬI. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ LIÊN KẾT HÓA HỌC1. Sự hình thành liên kết hóa học:• Khi các nguyên tử ở thật xa nhau tiến đến gần nhau tương tác đầu tiên xuất hiện làtương tác hút, đến một khoảng cách nhất định bắt đầu xuất hiện tương tác đẩy, khi cósự cân bằng giữa hai lực thì liên kết hóa học hình thành.• Liên kết hóa học hình thành tương ứng với các nguyên tử phải sắp xếp lại cấu trúc ecác phân lớp ngoài cùng sao cho đạt tổng năng lượng chung của hệ phải hạ thấpxuống thì liên kết mới bền, nghĩa là khi có sự tạo thành liên kết thì quá trình phátnhiệt (ΔH < 0)2. Bản chất liên kết hóa học:• Liên kết hóa học có bản chất điện vì cơ sở tạo thành liên kết là lực tương tác giữa cáchạt mang điện (e tích điện âm – hạt nhân tích điện dương).Hình 4.1. Tương tác giữa các hạt mang điện• Trong các tương tác hóa học chỉ có các e của những phân lớp ngoài cùng thực hiệnliên kết, đó là các e hóa trị. Các e hóa trị nằm trong các AO hóa trị.• Theo cơ học lượng tử, nghiên cứu liên kết là nghiên cứu sự phân bố mật độ e trongtrường hạt nhân của các nguyên tử tạo nên hợp chất.3. Một số đặc trưng của liên kết:Những thông số chính đặc trưng cho phân tử và cho liên kết là độ dài liên kết, góc hóatrị và năng lượng liên kết. Độ dài liên kết (l):Là khoảng cách giữa hai hạt nhân của các nguyên tử tham gia liên kết. Độ dài liênkết thay đổi có qui luật và phụ thuộc vào: bản chất nguyên tử (kích thước, độ âm điện ),kiểu liên kết (đơn, đôi, ba). Góc hóa trị (góc liên kết):22Chương IV: Liên Kết Hóa HọcNguyễn Minh KhaLà góc hợp bởi hai đoạn thẳng nối hạt nhân nguyên tử trung tâm với hai hạt nhânnguyên tử liên kết. Góc hóa trị thay đổi có qui luật và phụ thuộc vào: Bản chất nguyên tử. Kiểu liên kết. (H3C─CH3: CĈH = 109028’);(H2C═CH2: CĈH = 1200); (HC≡CH: CĈH = 1800) Dạng hình học phân tử. Tương tác đẩy giữa các đôi electron liên kết và không liên kết trong phân tử. Năng lượng liên kết:Là năng lượng cần tiêu tốn để phá hủy liên kết thành các nguyên tử cô lập ở thể khí(hay cũng chính là năng lượng giải phóng ra khi tạo thành liên kết từ các nguyên tử côlập thể khí ban đầu).A─B(k) + EA─B ⇔ A(k) + B(k)=> EA─B = Ephân ly ABABn(k) + EABn ⇔ A(k) + nB(k)=> ĒA─B = 1 n EABnNăng lượng liên kết phụ thuộc vào độ dài liên kết, độ bội liên kết (bậc liên kết) vàđộ bền liên kết. Người ta nhận thấy :*Bậc lk↑, E lk↑, độ bền lk↑, độ dài lk↓.II. LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ :23Chương IV: Liên Kết Hóa HọcNguyễn Minh KhaCó hai phương pháp gần đúng để giải phương trình sóng Schrödinger cho hệ phân tử,mỗi phương pháp do một nhóm tác giả đưa ra hình thành một thuyết về liên kết cộng hóa trị:• Thuyết liên kết hóa trị (VB : valence bond) (Heitler–London–Pauling): xemhàm sóng phân tử là tích số các hàm sóng nguyên tử.• Thuyết orbital phân tử (MO : molecule orbital) (Mulliken): xem hàm sóngphân tử là phép tổ hợp cộng và trừ các hàm sóng nguyên tử.1.Thuyết liên kết hóa trị (phương pháp VB)a. Phân tử H2 : Xét hệ[H ,H ]1a2:b Phương trình sóng Schrödinger viết cho hệ trên:∂ 2 Ψ ∂ 2 Ψ ∂ 2 Ψ 8π 2 m( E − V )Ψ = 0+ 2 + 2 +∂x 2∂y∂zh2• Với V là thế năng của hệ (theo quy ước: khi không có tương tác thế năng = 0, cótương tác hút thế năng giảm nên mang dấu âm, có tương tác đẩy thế năng tăng nênmang dấu dương) :e2 e2 e2 e2 e2 e2V =+−−−−rab r12 ra1 ra 2 rb1 rb 2• Khi hai nguyên tử ở xa nhau vô cùng, chỉ có tương tác giữa e và hạt nhân của từngnguyên tử H riêng lẻ. Lúc đó sự chuyển động của e được mô tả bằng hàm sóng củatừng nguyên tử H:Ψa1 =1πe − ra1Ψb 2 =1πe − rb 2• Một cách gần đúng, xem hàm sóng Ψ của hệ [ H a1 , H b2 ] là : Ψ = Ψa1 Ψb 2• Khi hai nguyên tử H tiến đến gần nhau: e 1 không chỉ chịu lực hút của hạt nhân a màcòn chịu lực hút của hạt nhân b, và e 2 thì ngược lại. Do vậy hàm sóng được bổ sungthêm một đại lượng tương đương là:Ψ ' = Ψa 2 Ψb1Nói cách khác lúc này hai nguyên tử có sự trao đổi electron với nhau nên hàmsóng Ψ của hệ là:ΨH 2 = c1 Ψa1 Ψb 2 + c 2 Ψa 2 Ψb1•Thế ΨH vào phương trình sóng Schrödinger và giải thu được 2 đáp số:c1 = c2 = CS2c1 = - c 2 = C AKết quả có 2 hàm sóng đặc trưng cho trạng thái của các e trong hệ trên:ΨS = C S ( Ψa1 Ψb 2 + Ψa 2 Ψb1 ) - hàm đối xứng (s: symmetry)24Chương IV: Liên Kết Hóa HọcNguyễn Minh KhaΨ A = C A ( Ψa1 Ψb 2 − Ψa 2 Ψb1 ) - hàm phản đối xứng (a: asymmetry)•Ý nghĩa vật lý:o ΨS – hàm đối xứng : tương ứng với 2 e trao đổi có spin ngược dấu nhau nênhút nhau làm mật độ e trong vùng không gian giữa hai hạt nhân tăng lên →lực hút gia tăng nên liên kết được hình thành.o ΨA – hàm bất đối xứng : tương ứng với 2 e trao đổi có spin cùng dấu nhau nênđẩy nhau làm mật độ e trong vùng không gian giữa hai hạt nhân triệt tiêu →nên liên kết không hình thành.*Liên kết giữa các nguyên tử H được tạo thành như trên gọi là liên kết cộng hóa trị.b. Luận điểm cơ bản của phương pháp VB về liên kết cộng hóa trị: Luận điểm 1: Liên kết cộng hóa trị hình thành trên cơ sở các cặpghép đôi có spin ngược dấu nhau và thuộc về đồng thời cả hainguyên tử tương tác. Vì vậy, liên kết cộng hóa trị còn được gọiliên kết hai tâm – hai điện tử.elà Luận điểm 2: Liên kết cộng hóa trị được hình thành do sự xen phủ nhau giữa các AOhóa trị của các nguyên tử tương tác. Luận điểm 3: Liên kết cộng hóa trị càng bền khi độ xen phủcác AO càng lớn. Độ xen phủ phụ thuộc vào kích thước, hìnhvà hướng xen phủ của các AO hóa trị.giữadạngc. Khả năng tạo liên kết cộng hóa trị của nguyên tử và tính bão hòa liên kết cộng hóatrị: Cơ chế tạo liên kết cộng hóa trị:• Cơ chế ghép đôi:Liên kết cộng hóa trị được hình thành do sự xen phủ của 2 AO hóa trị chứa e độcthân của 2 nguyên tử tương tác. Cặp e ghép đôi do hai nguyên tử bỏ ra.• Cơ chế cho nhận:Liên kết cộng hóa trị hình thành do một nguyên tử đơn phương bỏ ra cặp e hóatrị dùng chung (nguyên tử cho) còn nguyên tử kia nhận cặp e này.Điều kiện tạo liên kết cho nhận: nguyên tử cho phải có AO hóa trị chứa cặp e ghépđôi ; nguyên tử nhận phải có AO hóa trị trống. Khả năng tạo liên kết cộng hóa trị của một nguyên tử (theo cả hai cơ chế) đượcquyết định bởi số AO hóa trị (AO trống, AO chứa electron độc thân và AO chứa cặpelectron ghép đôi) chứ không phải phụ thuộc vào số e hóa trị. Kết quả ta có:Nguyên tử củaAO hóa trịSố AO hóa trịSố liên kết cht tối đaCKI1s11CKII2s 2p44CKIII3s 3p 3d99Nguyên tố dns (n-1)d np99TD:25Chương IV: Liên Kết Hóa HọcNguyễn Minh KhaTrong các phân tử hoặc ion sau đây có hệ nào không tồn tại: CF 4, CF62-, SiF4, SiF62-, OF2,OF62- . Đáp : CF62-, OF62- . Điều kiện tạo liên kết cộng hóa trị:o Năng lượng của các AO tham gia xen phủ phải xấp xỉ nhau.o Các AO tham gia xen phủ phải có mật độ e đủ lớn.o Các AO tham gia xen phủ phải cùng tính định hướng. Biểu diễn liên kết cộng hóa trị: H : H hoặc H – Hd. Các loại liên kết cộng hóa trị và bậc của liên kết cộng hóa trị: Liên kết σ (sigma): có vùng xen phủ của các AO nằm trên trục nối hai hạt nhân.Liên kết σ bền và là liên kết cộng hóa trị đầu tiên giữa 2 nguyên tử. Có thể xuất hiệngiữa tất cả các loại AO: s – s, p – p, s – p, s – d, p – d …Hình 4.3. liên kết sigma Liên kết π (pi): có vùng xen phủ của các AO nằm ở hai bên trục nối hai hạt nhân.Trường hợp này thường tương ứng với sự che phủ p – p, d – d, p – d… Do mật độxen phủ nhỏ hơn nên liên kết π kém bền hơn σ. Liên kết π chỉ hình thành sau khigiữa hai nguyên tử đã có liên kết σ.Hình 4.4. liên kết pi Liên kết δ (delta): hình thành do 2 AO d cùng tính đối xứng nằm trong hai mặtphẳng song song xen phủ lẫn nhau đồng loạt cả 4 múi. Liên kết δ cũng kém bềnHình 4.5. liên kết Delta Liên kết π không định chỗ: Là liên kết π mà các electron π không cố định ở cácnguyên tử ban đầu đã bỏ ra, chúng xoay quanh trên một số hạt nhân nhiều hơn hoặc26Chương IV: Liên Kết Hóa HọcNguyễn Minh Khacả phân tử. Những hệ có liên kết π không định chỗ thường có bậc liên kết khôngnguyên.Ví dụ: C6H6Bậc liên kết (C ÷ C) = 1,5*Bậc liên kết cộng hoá trị: là số lần lặp lại liên kết giữa hai nguyên tử. Bậc liên kết cóthể không nguyên (TD: BF3 là 1,33; NO2 là 1,5; CO32- và SO32- là 1,33; butadien-1,3 là1,67…)Cách tính bậc liên kết cộng hóa trị theo thuyết VB:Bậc liên kết = 1σ + (số lk π ⁄ số lk σ) = ½(Tổng số e lk ⁄ số lk σ)TD: CH2=CH─CH=CH2 .Blk= 1σ + 2π /3σ = ½(5lk.2 /3σ) = 1,67e. Tính chất của liên kết cộng hóa trị:Tính chất đặc trưng của liên kết cộng hóa trị là: Tính bão hòa: Vì mỗi nguyên tố hóa học chỉ có một số giới hạn AO hóa trị nên số liênkết cộng hóa trị có thể tạo được cũng có giới hạn. Đó là tính bão hòa của liên kết cộnghóa trị (ngược lại: với liên kết ion, liên kết kim loại thì không bão hòa). Tính có cực: Tính có cực của liên kết cộng hóa trị: Đôi điện tử trong liên kết cộng hóa trị có thểbị lệch về phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn, đó là sự phân cực của liên kết cộnghóa trị. Đám mây e lệch về phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn làm nguyên tử nàytích điện âm δ-, nguyên tử kia tích điện dương δ+Sự phân cực làm xuất hiện lưỡng cực điện gồm hai tâm có điện tích trái dấu (δ+, δ- ), nằm cách nhau một khoảng l (gọi là độ dài lưỡng cực = độ dài liên kết). lưỡng cực nàyđược đặc trưng bằng vectơ momen lưỡng cực µ .Moment lưỡng cực µ: là đại lượng vectơ có chiều quy ước từ cực dương đến cực âm.|µ| = |q|l = δel . (D = debye)27Chương IV: Liên Kết Hóa HọcNguyễn Minh Kha Tính có cực của phân tử cộng hóa trị :được tính bằng phép tổng các vectơmomen lưỡng cực của tất cả các liên kết và của các đôi không liên kết trongphân tử. Kết quả là có các phân tử cộng hóa trị không cực như H2, O2, N2,… hoặccác phân tử có tính đối xứng trong không gian (CO 2, BeCl2, BF3, CH4, CCl4, SiF4,NH4+, C2H2, C2H4, C2H6, C6H6 ...) có µ = 0. Các phân tử cộng hóa trị có cực thường làcác phân tử bất đối xứng trong không gian ( SO 2, NO2, NH3, H2O, CH3Cl,CH2Cl2…). Tính có cực của phân tử cộng hóa trị ảnh hưởng gần như quyết định đếnkhả năng hòa tan và hóa lỏng của chúng:♦ Hòa tan: Các chất có cực thì tan tốt trong dung môi có cực (H 2O,C2H5OH, CH3COOH, CHCl3, (C2H5)2O…); các chất không cực tan tốttrong dung môi không cực (CCl4, CS2, C6H6, n- C6H14, xylen…)♦ Hóa lỏng: Các chất có cực (NH3, CH3Cl…)dễ hóa lỏng hơn các chấtkhông cựcPhân tử cộng hóa trị thường có giá trị µ = 0 ÷ 4 D, µ càng lớn phân tử càng phâncực mạnh. Tính định hướng: để tạo liên kết cộng hóa trị bền, mật độ e vùng xen phủ phải lớn, vìthế các AO khi xen phủ phải theo một hướng xác định trong không gian. Điều này quyếtđịnh tính định hướng của liên kết cộng hóa trị: góc liên kết và hình dạng phân tử. Thuyết lai hóa AO và cấu hình không gian phân tử:28Chương IV: Liên Kết Hóa HọcNguyễn Minh Kha Để tăng mật độ xen phủ, các nguyên tử (thường là nguyên tử trung tâm trong cácphân tử có từ 3 nguyên tử trở lên) dùng các orbital lai hóa (AOLH) thay thế chocác AO thuần túy s, p, d, f để tạo liên kết. Các AOLH tạo thành do sự trộn lẫn của các AO trong nội bộ một nguyên tử. Đặc điểm của các AOLH:• Số AOLH tạo thành = tổng số AO tham gia LH.• Các AOLH có năng lượng bằng nhau và hình dạng giống nhau: mật độ e dồnvề một phía.• Các AOLH luôn phân bố đối xứng nhất trong không gian (để giảm tương tácđẩy giữa các múi có mật độ e lớn xuống đến mức tối thiểu mới bền) Điều kiện để lai hóa bền:• Năng lượng của các AO tham gia lai hóa xấp xỉ nhau.• Mật độ e của các AO tham gia lai hóa đủ lớn. Trong một chu kỳ, từ trái sang phải sai biệt mức năng lượng giữa ns và np (∆Ens –np) tăng nên khả năng LH giảm. Trong một phân nhóm: từ trên xuống kích thước nguyên tử tăng nên khả năng LHgiảm. Các kiểu lai hóa và cấu hình không gian phân tử cùng góc liên kết:29Chương IV: Liên Kết Hóa HọcNguyễn Minh Kha Dự đoán trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm A trong phân tử ABn: Cách 1: Gócliên kết thực nghiệm có giá trị gần với góc của kiểulai hóa nào thì nguyên tử trung tâm sẽ lai hóa kiểu đó.TD:♦ CO2 (OĈO = 1800) => C lai hóa sp.♦ SO2 (OŜO = 119,50) => S lai hóa sp2.♦ NH3 (HNH = 107,30) => N lai hóa sp3.♦ H2O (HÔH = 104,50) => O lai hóa sp3… Cách 2: Phép thay thế nguyên tử: có thể thay thế một nguyên tử trong một phântử đã biết cấu hình không gian bằng một nguyên tử khác cùng phân nhóm với nóthì cấu hình cũng gần tương tự nhau. (đối với nguyên tử trung tâm chỉ nên cáchnhau 1 chu kỳ, đặc biệt đối với nguyên tử biên có thể thay thế H bằng các nguyêntử halogen X và ngược lại)• CO2 (thẳng hàng); tương tự là: CS2, SiO2 …• CH4, SiH4, CCl4, SiF4 (tứ diện đều); CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3, CF2Cl2(tứ diệnlệch)• NH3, PH3, NF3, PCl3 ( tháp tam giác) Cách 3:Tính số phối trí N (thực chất là số AO lai hóa ) của nguyên tử trung tâm(nttt):N=n+½k* n: số nguyên tử biên ( số nguyên tử liên kết trực tiếp với nttt).* ½k : số đôi e tự do không liên kết của nttt ( k = số e tự do)*k=x±y–z.Với: x: số e lớp ngoài cùng của nttt. y: số e mất hay nhận tương ứng với điện tích ion(nếu là ion). z : số e cần thiết để các nguyên tử biên đạt cấu hìnhkhí trơ.Kết quả:.N = 2 → A ở trạng thái LH sp → góc 1800 ( thẳng hàng).N= 3 → A ở trạng thái LH sp2 → góc 1200 ( trục tam giác đều)30Chương IV: Liên Kết Hóa HọcNguyễn Minh Kha.N= 4 → A ở trạng thái LH sp3 → góc 109028’( trục tứ diện đều)TD:• CO2: N = 2 + ½(4-2×2) =2 => C (sp).• H2O : N = 2 + ½(6-2) = 4=> O (sp3).• SO2 : N = 2 + ½(6-2×2) =3 => S (sp2).• NH4+: N = 4 + ½(5-1-4) =4 => N (sp3).• NH3 : N = 3 + ½(5-3) = 4=> N (sp3).• SO42-: N = 4 + ½(6+24×2) = 4 => S (sp3). Các trường hợp biến dạng cấu hình không gian phân tử: Biến dạng do sự hiện diện của các đôi e hoặc 1e tự do không liên kết (U):Biến dạng xảy ra do có tương tác đẩy giữa các đôi e KLK(U), đôi e LK và 1eKLK với độ mạnh giảm dần theo thứ tự sau:[(KLK)↔(KLK)] > [(KLK)↔(LK)] > [(LK)↔(LK)] > [(LK)↔(1eKLK)]TD : NH3, PCl3, SO2, SO32-... (có 1 đôi KLK); H2O, ClF3... (có 2 đôi KLK),NO2 (có 1e KLK)…Biến dạng do sự phân cực các liên kết:• Nếu mật độ e lệch vào nguyên tử trung tâm: tương tác đẩy giữa các đôi LKmạnh, làm mở rộng góc giữa chúng: NH3 (107,30).• Nếu mật độ e lệch ra ngoài các nguyên tử biên: tương tác đẩy giữa các đôiLK yếu, góc giữa chúng nhỏ lại: NF3(102,10)31Chương IV: Liên Kết Hóa HọcNguyễn Minh Kha32Chương IV: Liên Kết Hóa HọcNguyễn Minh KhaNguyên tắc: khi có sự hiện diện của đôi e không liên kết (U) thì chúng phải chiếm vị trínào trong không gian sao cho khoảng cách từ chúng đến các đôi e liên kết là xa nhất đểgiảm tương tác đẩy giữa chúng với nhau xuống đến mức cực tiểu.2. Phương pháp orbital phân tử (MO):a. Nội dung cơ bản của phương pháp MO:• Theo thuyết MO thì phân tử phải được xem là một hạt thống nhất bao gồm các hạtnhân và các e của các nguyên tử tương tác. Trong đó mỗi electron sẽ chuyển độngtrong điện trường do các hạt nhân và các electron còn lại gây ra.• Tương tự như trong nguyên tử, trạng thái của electron trong phân tử được xác địnhbằng các MO. Mỗi một MO cũng được xác định bằng tổ hợp các số lượng tử đặctrưng cho năng lượng, hình dạng…của orbital.• Các MO khác nhau bởi sự phân bố mật độ electron tương đối so với trục liên nhân:•oσ - dọc theo trục liên nhânoπ - nằm ở hai bên trục liên nhânCác MO được hình thành do sự tổ hợp tuyến tính (cộng hay trừ) cácAO (tức là sự xen phủ)oSự tổ hợp cộng các AO sẽ tạo thành các MO liên kết (σ,π…) có năng lượng nhỏ hơn năng lượng của các AO tham gia tổ hợp ban đầu.oSự tổ hợp trừ các AO sẽ tạo thành các MO phản liên kết (σ*,π* …) có năng lượng lớn hơn năng lượng của các AO tham gia tổ hợp banđầu.oMO không liên kết (σ0, π0 …) do các AO chuyển nguyênvẹn mà thành. Các MO này không ảnh hưởng tới liên kết. Năng lượng của cácMO không liên kết bằng năng lượng của các AO tạo thành nó.Số MO tạo thành bằng tổng số AO tham gia tổ hợpo• Sự tạo thành các MO từ các AO có thể biểu diễn bằng giản đồ năng lượng• Điều kiện của các AO tham gia tổ hợp có hiệu quả:Các AO tham gia tổ hợp phải có mức năng lượng bằng hoặc gần bằngonhau .•oCác AO phải có mật độ electron đủ lớn.oCác AO phải có cùng tính đối xứng đối với trục nối hạt nhân .Sự phân bố e trên các MO cũng tương tự như trong nguyên tử đa e, tuântheo các nguyên lý vững bền, ngoại trừ Pauli và quy tắc Hundb. Các đặc trưng liên kết:33Chương IV: Liên Kết Hóa HọcNguyễn Minh Kha•Liên kết được quyết định bởi các e liên kết (e nằm trên các MO liên kết)mà không bị triệt tiêu. Cứ một cặp e liên kết bị triệt tiêu bởi một cặp e phản liênkết tương ứng•Một bậc liên kết ứng với một cặp e liên kết không bị triệt tiêuBậc liên kết (tính cho liên kết 2 tâm):BLK =∑e − ∑e∗lk2Bậc liên kết tăng thì năng lượng liên kết tăng còn độ dài liên kết giảm• Sau khi phân bố e vào các MO mà vẫn còn các e độc thân thì phân tử có tínhthuận từ (paramagnetic, có từ tính), ngược lại tất cả e đều ghép đôi thì nghịch từ(diamagnetic, không có từ tính).=> Tóm lại, việc mô tả cấu trúc phân tử gồm các bước:oBước 1: Xét sự tạo thành MO từ các AOoBước 2: Sắp xếp các MO tạo thành theo thứ tự năng lượng tăng dầnoBước 3: Xếp các e vào các MOoBước 4: Xét các đặc trưng liên kếtb.Áp dụng phương pháp MO•Các phân tử hai nguyên tử của những nguyên tố chu kỳ IHình 4.7. MO các phân tử của nguyên tố chu kỳ I• Các phân tử hai nguyên tử của những nguyên tố chu kỳ II:Có 2 trường hợp:o Các phân tử của nguyên tố đầu chu kỳ (từ Li 2 – N2): Do có bán kínhnguyên tử lớn nên có xáo trộn năng lượng do tương tác đẩy giữa các cặpMO: (σ2s σ2s*) <=> (σx σx*).34Chương IV: Liên Kết Hóa HọcNguyễn Minh KhaPhân tử, ionLi2Be2B2C2N2N 2+Tổng số e hóa trị24681011σ ∗Xπ Y∗ , π Z∗σXπ Y ,π Zσ S∗↓↓↓↓↓σS↓↓↓↓↓↓Bậc liên kết101232,5Độ dài liên kết (Å)2,67–1,591,241,101,12105–289599940828Nănglượng(kJ/mol)Từ tínhlknghịch từ –↓↓↓↓↓↓↓thuận từ nghịch từ nghịch từ thuận từo Các phân tử của nguyên tố cuối chu kỳ (O 2 – Ne2): Do bán kính nguyêntử nhỏ nên không có xáo trộn năng lượng.TD: *O2( Σe = 16 , không xáo trộn năng lượng)(chọn trục x là trục liên nhân) :σ1s2 σ1s*2 σ2s2 σ2s*2 σx2 (πy2πz2)(πy*1 πz*1) . BLK = ½(10-6) = 2.*N2( Σe = 14 , xáo trộn năng lượng)(chọn trục x là trục liên nhân) :35Chương IV: Liên Kết Hóa HọcNguyễn Minh Khaσ1s2 σ1s*2 σ2s2 σ2s*2 (πy2πz2) σx2. BLK = ½(10-4) = 3.O2+O2O2−F2F2−Ne2Tổng số e151617181920σ x∗↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓Phân tử, ionπ ∗y ,π z∗↓π y ,π z↓σx↓↓↓↓↓↓σ s∗↓↓↓↓↓↓σs↓↓↓↓↓↓Bậc liên kết2,521,510,50Độ dài liên kết (Å)1,121,211,261,41–629494328154–Nănglượng(kJ/mol)lkTừ tính↓↓↓↓↓thuận từ thuận từ thuận từ nghịch từ thuận từ –•Các phân tử hai nguyên tử khác loại của những nguyên tốchu kỳ II: Các MO tạo thành tương tự trường hợp phân tử 2 nguyên tử cùng loại chu kỳII. Chỉ cần có một nguyên tử có bán kính lớn (Li → N) thì phân tử có xáo trộn năng lượng.*Chú ý: N2 ; CO ; CN- ; NO+ có công thức e phân tử giống hệt nhau.Phân tử, ionN2COCN–NO+Tổng số e14141414σ x∗π ∗y ,π z∗σx↓π y ,π z↓σ s∗↓↓↓↓σs↓↓↓↓Bậc lien kết3333Độ dài liên kết (Å)1,101,131,141,06lk940107310041051nghịch từnghịch từnghịch từNănglượng(kJ/mol)Từ tính↓↓nghịch từ↓↓↓↓↓↓↓↓36Chương IV: Liên Kết Hóa HọcNguyễn Minh KhaIII.Liên kết ion1.Thuyết tĩnh điện về liên kết ionTương tác hóa học xảy ra gồm hai giai đoạn:•Các nguyên tử trao đổi e cho nhau tạo thành ion.•Các ion trái dấu hút nhau theo lực hút tĩnh điện.Na+Cl →Na++Cl–→ NaCl226122625226226261s 2s 2p 3s 1s 2s 2p 3s 3p 1s 2s 2p1s 2s 2p 3s 3pHình 4.9. Liên kết ion Na+ClKhả năng tạo liên kết ion của các nguyên tố:2.•Khả năng tạo liên kết ion phụ thuộc vào khả năng tạo ion của các nguyên tố:o Các nguyên tố có năng lượng ion hóa càng nhỏ (kim loại kiềm, kiềm thổ) càngdễ tạo cationo Các nguyên tố có ái lực e càng âm (halogen) càng dễ tạo anion•Chênh lệch độ âm điện của các nguyên tử càng lớn liên kết tạo thành có độ ioncàng lớn:∆χĐộ ion, %∆χĐộ ion, %∆χĐộ ion, %0.211.4392.6820.691.8553.0891.0222.2703.29237Chương IV: Liên Kết Hóa HọcNguyễn Minh Kha3.Tính chất của liên kết ion: do các ion được xem như các quả cầu tích điện có trườngđiện phân bố đồng đều về mọi hướng nên có các tính chất là:•Không bão hòa•Không định hướng•Phân cực rất mạnh4. Sự phân cực ion:•Định nghĩa: Sự phân cực ion là sự chuyển dịch đám mây e ngoài cùng so vớihạt nhân của một ion dưới tác dụng của điện trường của ion khác.+-Hình 4.10. Sự phân cực ionDo sự phân cực ion này mà các đám mây của cation và anion không hoàn toàntách rời nhau mà che phủ nhau một phần → Không có liên kết ion 100%. Trong liên kếtion có một phần liên kết cộng hóa trị.IV. LIÊN KẾT KIM LOẠI1.Các tính chất của kim loại:• Không trong suốt• Có ánh kim• Dẫn nhiệt, dẫn điện tốt• Dẻo …2.Cấu tạo kim loại và liên kết kim loạiHình 4.11. Mạng tinh thể kim loại•Mạng tinh thể kim loại được tạo thành từ:38Chương IV: Liên Kết Hóa HọcNhững ion dương ở nút mạng tinh thểooNguyễn Minh KhaCác e hóa trị tự do chuyển động hỗn loạn trong toàn bộ tinh thể kimloại → khí e → Liên kết có tính không định chỗ rất cao (liên kết rất nhiềutâm):Hình 4.11. Khí electron trong kim loại3.Thuyết miền năng lượng về cấu tạo kim loại:••4.Coi mỗi tinh thể kim loại là một đại phân tử có khoảng 1023 tâmGiải phương trình sóng Schrodinger cho hệ 10 23 nguyên tử theo phương phápMO:oHai AO tổ hợp với nhau tạo thành haiMO có năng lượng khác nhauoTừ n AO tổ hợp với nhau sẽ tạo thànhn MO có các mức năng lượng khác nhau.oNếu n → ∞ các mức năng lượng rấtgần nhau (chênh lệch năng lượng khoảng 1022eV) → Tạo thành các miền năng lượngđược xem như dải năng lượng liên tụcoTương ứng với các trạng thái năng lượng s, p, d, f … của nguyên tửtrong tinh thể kim loại sẽ hình thành những miền năng lượng s, p, d, f …oTrong miền năng lượng các orbital trải đều trong toàn bộ tinh thể kimloại và cũng có đầy đủ tính chất như các MOoCác e phân bố trên các orbital của miền năng lượng theo các quy luậtgiống như trên các MO gồm: Nguyên lý ngoại trừ Pauli, nguyên lý vững bền,quy tắc HundMiền năng lượng chứa các e hóa trị gọi là miền hóatrị(HOMO):(highest occupied molecular orbitals)Miền năng lượng không chứa các e, nằm trên miền hóa trị gọi làmiền dẫn(LUMO):( lowest unoccupied molecular orbitals)Nếu miền hóa trị và miền dẫn không che phủ nhau, khoảng cáchgiữa hai miền gọi là miền cấmÁp dụng thuyết miền năng lượng để giải thích tính dẫn điện của chất rắn:a.Kim loại:39Chương IV: Liên Kết Hóa HọcNguyễn Minh Kha• Trong kim loại, miền hóa trị và miền dẫn che phủ hoặc tiếp xúc nhau, không cómiền cấm• Miền hóa trị của kim loại có thể được điền đầy hay không được điền đầy e• Ví dụ:oCác kim loại nhóm IA có cấu hình electron ns1 → Miền hóa trị làmiền s chỉ điền đầy một nửa → Miền dẫn bao gồm một nửa miền hóa trị s còntrống và miền p → Miền dẫn và miền hóa trị tiếp xúc nhauoCác kim loại nhóm IIA có cấu hình electron ns 2 → Miền hóa trị làmiền s được điền đầy e, miền dẫn là miền p. Đối với các nguyên tố nhóm IIA,chênh lệch năng lượng giữa ns và np nhỏ → miền hóa trị và miền dẫn che phủnhauoDưới tác dụng của điện trường, các e từ miền hóa trị rất dễ chuyểnlên những trạng thái năng lượng cao hơn còn tự do, tạo thành dòng e chuyển độngcó hướng → kim loại dẫn điệnb.Chất cách điện:••Miền hóa trị điền đầy e.Miền dẫn cách miền hóa trị bằng miền cấm có ∆ E > 3eV → điệntrường bình thường không đủ khả năng kích thích cho e chuyển từ miền hóa trịsang miền dẫn → không thể dẫn điện được → chất cách điện.TD: C kim cương có bề rộng miền cấm ∆E = 7eV. ( miền hóa trị là 2SP3 bão hòae, miền dẫn là 3S0)Hình 4.12. Miền dẫn – miền cấmc.Chất bán dẫn:••Miền hóa trị điền đầy e.Miền dẫn cách miền hóa trị bằng miền cấm có ∆ E không lớn (< 3eV)→Khi kích thích bằng cách đun nóng, chiếu sáng hay pha thêm một ít nguyên tửkhác, e có thể chuyển từ miền hóa trị sang miền dẫn → có thể dẫn điện được→chất bán dẫn (dẫn điện có điều kiện)TD: Si có cấu tạo giống hệt C kim cương nhưng bề rộng miền cấm ∆E =1,12eV40Chương IV: Liên Kết Hóa HọcNguyễn Minh KhaV. LIÊN KẾT VAN DER WAALS:1.Bản chấtLiên kết Van der Waals là tương tác tĩnh điện giữa phân tử với phân tử.2.Đặc điểm:• Là loại liên kết xuất hiện giữa các phân tử với nhau.• Có thể xuất hiện ở những khoảng cách tương đối lớn• Có năng lượng nhỏ (5 ÷ 10 kcal/mol)• Có tính không chọn lọc và không bão hòa• Có tính cộng3.Thành phần:• Tương tác định hướng: xuất hiện giữa các phân tử có cực → tương tác lưỡng cực lưỡng cực. Tương tác định hướng ↑ khi moment lưỡng cực của phân tử ↑ và T 0↓• Tương tác cảm ứng: xuất hiện giữa các phân tử có cực và không cực → tương táclưỡng cực – lưỡng cực cảm ứng. Tương tác này chỉ đáng kể khi momentlưỡng cực của phân tử có cực lớn.• Tương tác khuyếch tán: xuất hiện là nhờ lưỡng cực nhất thời của các phân tử →tương tác lưỡng cực nhất thời - lưỡng cực nhất thời ↑ khi moment lưỡngcực ↓ và khối lượng phân tử ↑Phân tử có cực càng lớn và phân tử lượng càng lớn thì liên kết VDW càng lớn, càng dễhóa lỏng, trạng thái tập hợp phân tử có độ đặc càng cao (mật độ phân tử càng cao)• SO2 có cực dễ hóa lỏng hơn CO2• F2(k), Cl2(k), Br2(ℓ), I2(r): phân tử lượng tăng dần, liên kết VDW tăng dầnVI. LIÊN KẾT HYDRO:1.Khái niệm và bản chất của liên kết hydro41Chương IV: Liên Kết Hóa HọcNguyễn Minh Kha• Khi ngtử H liên kết với các nguyên tử có độ âm điện lớn như F,O,N; các cặp e liênkết bị lệch mạnh về phía F,O,N → H tích điện dương (Hδ+) gọi là H linh động.• Các nguyên tử của các nguyên tố có độ âm điện lớn, kích thước nhỏ (mật độ điệntích âm lớn) như N, O, F …hay các nguồn e π (liên kết bội, nhân thơm …) hoặccác cặp e không liên kết trên các nguyên tử được gọi là các nguồn giàu điện tử →có thể xem chúng tích điện âm (Xδ-).• Liên kết hydro là liên kết đặc biệt của các nguyên tử H linh động với các nguồngiàu điện tử của phân tử khác (liên kết hydro liên phân tử) hay nguyên tử kháctrong chính phân tử đó (liên kết hydro nội phân tử)• Liên kết hydro vừa có bản chất điện vừa có bản chất cho - nhận2. Đặc điểm:••Liên kết hydro là loại liên kết yếu, yếu hơn nhiều so với liên kết cộng hóa trịnhưng mạnh hơn liên kết Van der Waals ( năng lượng từ 5 ÷ 40 kcal/mol).Liên kết hydro càng bền khi Xδ- và Hδ+ có giá trị δ càng lớn.3.Ảnh hưởng của liên kết hydro đến tính chất của các chất:Liên kết hydro làm:•Tăng nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy của các chất có liên kết hydro.•Giảm độ acid của dung dịch.•Tăng độ tan trong dung môi.•Trong sinh học, liên kết hydro giúp tạo các cấu trúc bậc cao cho glucid,protid…42

Tài liệu liên quan

Slide bài giảng phương pháp luận và nghiên cứu khoa học (chuong 1 đại cương về nghiên cứu khoa học)
- 36
- 3
- 17
ĐỀ CƯƠNG ôn THI kết THÚC học PHẦN môn tư TƯỞNG hồ CHÍ MINH
- 19
- 2
- 9
Xây dựng hệ thống những bài thực nghiệm phần hóa đại cương vô cơ huấn luyện học sinh giỏi cấp quốc gia, quốc tế
- 15
- 756
- 0
ĐỀ CƯƠNG ÔN THI KẾT THÚC HỌC PHẦN MÔN TƯ TƯỞNG HỒ CHÍ MINH ppt
- 30
- 4
- 46
sinh học đại cương - ngành công nghệ sinh học
- 116
- 466
- 2
Bài giảng vật lý đại cương 2 chương 7 QUANG HỌC SÓNG GV nguyễn như xuân
- 31
- 2
- 1
bài giảng vật lí đại cương chương 2 - động lực học chất điểm
- 24
- 4
- 6
bài giảng vật lí đại cương chương 3 - động lực học hệ chất điểm, động lực học vật rắn
- 21
- 3
- 1
bài giảng vật lí đại cương - chương 13 thuyết động học phân tử các chất khí và định luật phân bố
- 27
- 1
- 1
NHỮNG VẤN ĐỀ ĐẠI CƯƠNG CỦA PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC HOÁ HỌC Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG pot
- 124
- 1
- 41