LAI HOA OBITAN NGUYEN TU - Tài Liệu Text - 123doc

Tải bản đầy đủ (.doc) (18 trang)

1. Trang chủ
>>
2. Giáo án - Bài giảng
>>
3. Hóa học

LAI HOA OBITAN NGUYEN TU

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (638.1 KB, 18 trang )

A. ĐẶT VẤN ĐỀTrong quá trình dạy học của người giáo viên ngoài những kiến thức trong sách giáo khoa,GV cần tự nghiên cứu, bồi dưỡng, tự đọc, tìm hiểu tài liệu để hoàn thiện và nâng cao chuyênmôn.Một trong những kiến thức quan trọng nhưng tương đối khó không chỉ với học sinh màngay cả giáo viên đó là thuyết lai hóa obitan nguyên tử và cấu trúc dạng hình học phân tử.Nội dung kiến thức nằm trong phần đọc thêm và không có trong đề thi học kì, thi THPTQuốc Gia nên nhiều giáo viên chưa dành nhiều thời gian nghiên cứu, trau dồi. Tuy nhiên, tôinhận thấy rằng vấn đề dạng hình học của phân tử là một vấn đề hay và thường được đưa vàođề thi HSG tỉnh, HSG quốc gia.Để dự đoán, xác định dạng hình học phân tử, cần nắm rõ lí thuyết và vận dụng đượckhông chỉ thuyết lai hóa mà còn phải nắm vững thuyết sức đẩy giữa các cặp electron hóa trị.Nội dung thuyết lai hóa là nội dung mới lạ, khó hiểu đối với học sinh. Trong SGK hóa 10 –Cơ bản phần đọc thêm và SGK Hóa 10 nâng cao (cũ) có trình bày nội dung thuyết lai hóa.Tuy nhiên các nội dung trên chưa đáp ứng đủ nhu cầu về kiến thức, kỹ năng để đối với đốitượng học sinh giỏi. Còn thuyết sức đẩy giữa các cặp electron hóa trị không được giới thiệutrong SGK. Cần phải có những bổ sung có hệ thống về mặt kiến thức và bài tập để học sinhrèn luyện và thực hành.Vì vậy, tôi đã mạnh dạn xây dựng chuyên đề: “Vận dụng thuyết lai hóa và thuyết sức đẩygiữa các cặp electron hóa trị dự đoán và giải thích dạng hình học của một số phân tử”, hivọng sẽ giúp ích cho bản thân cũng như đồng nghiệp trong công tác tích lũy, nâng caochuyên môn, bồi dưỡng HSG.B. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀI. BỔ SUNG LÍ THUYẾT1. Khái niệm về sự lai hóaĐể đưa ra khái niệm về sự lai hoá, sách giáo khoa Hóa 10 – Nâng cao đã đưa ra ví dụvề phân tử CH4. Từ công thức cấu tạo của phân tử CH4 :HHCHCHHHHHNguyên tử C làm tâm và 4 nguyên tử H là 4 đỉnh của tứ diện đều và các góc liên kếtHCH đều bằng 1090 28’Mà từ cấu hình electron của nguyên tử C*C*2p32s11Thấy rằng 4 electron hoá trị tạo ra 4 liên kết C- H không giống nhau (gồm 1 electron svà 3 electron p) mà vẫn tạo được 4 liên kết giống hệt nhau. Để giải thích hiện tượng này cácnhà hoá học John C. Slater và Linus Pauling đã đề ra thuyết lai hoá, theo thuyết này đã có sựtổ hợp “trộn lẫn” một số obitan trong một nguyên tử, và trong trường hợp trên chính là obitan2s đã tổ hợp “ trộn lẫn” với 3 obitan 2p để tạo ra 4 obitan lai hoá sp 3 giống hệt nhau, bốnobitan lai hoá này xen phủ với 4 obitan 1s của 4 nguyên tử H tạo ra 4 liên kết C- H hoàntoàn giống nhau.Sự lai hoá obitan nguyên tử là sự tổ hợp “ trộn lẫn” một số obitan trong mộtnguyên tử để được từng ấy obitan lai hoá giống nhau nhưng định hướng khác nhau trongkhông gian.2. Điều kiện để trạng thái lai hoá obitan của nguyên tử xảy ra và tạo được liên kết bền- Các obitan chỉ được lai hoá với nhau khi năng lượng của chúng xấp xỉ bằng nhau.- Mật độ electron của các obitan nguyên tử tham gia lai hoá phải đủ lớn để độ xen phủ củaobitan lai hoá với obitan nguyên tử khác đủ lớn để tạo ra liên kết bền.3. Đặc điểm của lai hóa- Số AO tham gia tổ hợp bằng tổng số các lai hoá thu được.- Các AO lai hoá là các AO suy biến, nghĩa là các AO có năng lượng và kích thước hoàntoàn như nhau nhưng khác nhau về sự định hướng (phương) ở trong không gian..- Đặc điểm hình học của AO lai hoá là có một đầu (hay một phần) nở rộng còn đầu kia bịthu hẹp.- Sự định hướng các AO lai hoá trong không gian thể hiện sự phân bố mật độ electrontrong không gian.4. Các kiểu lai hóa thường gặpThực tế thường xét hợp chất của các nguyên tố chu kỳ 2. Các AO hoá trị của mỗi nguyêntử của nguyên tố chu kỳ 2 là 2s, 2px, 2py, 2pz. Ta sẽ xét các dạng lai hoá có các AO hoá trịnày tham gia.a. Lai hoá sp- Là sự tổ hợp 1 obitan s với 1 obitan p của một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành 2obitan lai hoá sp nằm thẳng hàng với nhau hướng về hai phía - lai hoá đường thẳng.- Có thể hình dung quá trình lai hoá đó xảy ra như sau:1AOs + 1AOpAO – 2pz có đối xứng đối với trục z. AO - 2s có đối xứng cầu. Tổ hợp tuyến tính 2 AO đó tạora 2 AO mới cùng nằm trên trục z; mỗi AO mới này có phần mở rộng, phần bị thu hẹp. Cả 2AO lai hoá sp đều nằm trên cùng một đường thẳng: trục z. Do đó người ta gọi lai hoá sp là laihóa thẳng.- Những loại hợp chất có kiểu lai hoá sp thường gặp (có dạng AB 2) như: BeCl2, ZnCl2,BeH2 hay C2H2…- Lai hoá sp là nguyên nhân dẫn đến tính thẳng hàng (góc liên kết bằng 180 0) của các liênkết trong những phân tử trên.b. Lai hoá sp2- Là sự tổ hợp của 1 obitan s với 2 obitan p của một nguyên tử tạo thành 3 obitan lai hoá2sp cùng nằm trong một mặt phẳng, định hướng từ tâm đến đỉnh của tam giác đều – lai hoátam giác. Tương tự như AO lai hoá sp, AO-sp 2 cũng bị biến dạng so với AO cơ bản, có phầnmở rộng và phần bị thu hẹp.- Hình dung quá trình lai hoá và sự định hướng các AO trong không gian được mô tả nhưsau:- Ba AO-sp2 cùng nằm trong một mặt phẳng, góc tạo bởi hai trục của hai AO cạnh nhau là120o. Do đó lai hoá sp2 được gọi là lai hóa tam giác.- Những hợp chất (AB3) có kiểu lai hoá sp2 thường gặp như BF3, BCl3, SO3 hay C2H4…c. Lai hoá sp3- Là sự tổ hợp của 1 obitan s với 3 obitan p của một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành4 obitan lai hoá sp3 định hướng từ tâm đến 4 đỉnh của một tứ diện đều – lai hoá tứ diện.- Có thể hình dung quá trình lai hoá sp3 như sau:- Hình dạng của mỗi AO lai hoá sp 3 cũng tương tự như hình dạng AO lai hoá sp, sp 2 vừa xét.4 AO-sp3 hướng ra 4 đỉnh của tứ diện đều mà tâm của tứ diện là nguyên tử (chính xác là hạtnhân nguyên tử) có các AO lai hoá. Do đó lai hoá sp3 được gọi là lai hóa tứ diệnKiểu lai hoá sp3 thường gặp ở các nguyên tử O, N, C (AB 4) như phân tử H2O, NH3, CH4,CCl4, NH4+ …*Ngoài ba kiểu lai hoá sp, sp2, sp3 còn có các kiểu lai hoá sau- Lai hoá sp3d (lưỡng chóp tam giác)1AO s + 3AO p+1AO d => 5 AO sp3d2- Lai hoá dsp (vuông phẳng)1AO d + 1AO s+2AO p => 4 AO sp2d- Lai hoá sp3d2 (lưỡng chóp tứ giác hay bát diện)1AOs + 3AO p+2AO d => 6 AO sp3d2Thành tựu to lớn nhất của thuyết lai hoá là giải thích hình dạng của một số phân tử.Chẳng hạn:KiểuKiểuHình dạngGócphân tử lai hoá ở APhân tửhoá trịCác phân tử ví dụ(*)AB2SpĐường thẳng 1800BeCl2, ZnCl2, CO2AB3sp2Tam giác1200BF3, BCl3, SO330’AB4spTứ diện109 28CH4, CCl4, NH4+,AB4dsp2Vuông900XeF4, PtCl42-, Cu(NH3)42AB5sp3dLưỡng chóp 900 và 1200PCl53 20AB6sp dBát diện90SF6, SiF62(*) Sẽ giới thiệu cụ thể ở nội dung 5.Kiểu lai hoá phụ thuộc vào cấu tạo nguyên tử nguyên tố trung tâm nên sẽ phụ thuộc vào vị trícủa nguyên tố trong bảng tuần hoàn. Bảng dưới đây hệ thống lại khả năng lai hoá các obitancủa nguyên tử các nguyên tố và số phối trí tối đa mà nguyên tử có theo chu kỳNguyên tố chu kỳKiểu lai hoá và số phối trí ( viết trong dấu ngoặc )Chu kỳ IIsp (2), sp2 (3), sp3 (4)Chu kỳ IIIsp3 (4), dsp3 (5), d2sp3 (6), sp3d2 (6)Chu kỳ IVsp3 (4), dsp3 (5), d2sp3 (6), sp3d2 (6)Chu kỳ Vd2sp3 (6), d2sp3f (7)Chu kỳ VId2sp3 (6), d2sp3f (7)5. Cách phát hiện kiểu lai hoá và dạng hình học của một số phân tử đơn giảnViệc chọn kiểu lai hoá nào để giải thích sự liên kết trong phân tử tuỳ thuộc vào cấutrúc hình học thực nghiệm của phân tử. Tuy nhiên có thể dùng một số lý thuyết hay hoálượng tử để xác định kiểu lai hoá mà không dựa vào giá trị thực nghiệm.Kiểu lai hoá và hình dạng phân tử phụ thuộc vào số liên kết σ (số phối tử) và số cặpelectron hoá trị không tham gia liên kết của nguyên tử trung tâm. Đây chính là nội dung củathuyết sức đẩy giữa các cặp electron.a. Mô hình sự đẩy giữa các cặp electron vỏ hoá trị:Mỗi liên kết cộng hoá trị giữa hai nguyên tử được tạo thành nhờ cặp electron liên kết (LK)hay cặp electron dùng chung. Đôi e liên kết phân bố trong khoảng không gian giữa hai hạtnhân nguyên tử tạo ra liên kết đó. Liên kết cộng hoá trị là liên kết có định hướng không gianlàm cho phân tử có hình dạng nhất định đặc trưng cho phân tử và cho chất đã cho.Nhiều nguyên tử sau khi góp chung e để tạo liên kết còn có các e không liên kết (KLK).Chẳng hạn trong N ở NH3 ngoài 3 cặp electron liên kết với 3 nguyên tử H, còn có 1 cặp ekhông liên kết. Các cặp electron dù liên kết hay không liên kết này sẽ đẩy nhau do cùng tíchđiện âm.Trong phân tử AXn, A là nguyên tử trung tâm, X là phối tử; n là số phối tử X có trong AX n.Nếu ở A còn có m cặp e không liên kết, mỗi cặp được kí hiệu là E, ta có kí hiệu AX nEm. Môhình VSEPR xét sự phân bố không gian giữa A với X, với E. Coi nguyên tử trung tâm A códạng cầu. Tâm của hình cầu là hạt nhân nguyên tử A và các electron phi hoá trị bên trong(lõi), vỏ quả cầu là các e lớp ngoài cùng (e hoá trị). Mỗi cặp e hoá trị chiếm một khoảngkhông gian nào đó của quả cầu.Các cặp e vỏ hóa trị được phân bố cách nhau tới mức xa nhất có thể được để lực đẩy giữachúng là nhỏ nhất.Có sự không tương đương giữa các electron: KLK-KLK>KLK-LK>LK-LK⇒ Kết quả: Cặp e không liên kết chiếm khoảng không gian rộng hơn so với cặp e liênkếtNhư vậy, ở một mức độ nhất định, hình dạng của phân tử phụ thuộc vào khoảng khônggian chiếm bởi các e hoá trị của nguyên tử trung tâm A. Hình dạng phân tử phụ thuộc chủyếu vào sự phân bố các cặp e hay các đám mây e hoá trị của nguyên tử A.b. Nội dung của thuyết về sức đẩy giữa các cặp e hoá trị (VSEPR - Valence Shell ElectronPair Repulsion)Vào những năm 1940, hai nhà khoa học Nevil Sidgwick và Herbert Powell tại Đại họcOxford đã đưa ra thuyết về sức đẩy giữa các cặp electron hoá trị và sau đó được hai nhà khoahọc Ronald Gillespie và Ronald Sydney Nyholm tại Đại học London bổ sung và hoàn chỉnh.Nội dung chính của thuyết như sau:+ Cấu hình các liên kết của nguyên tử (hay ion) phụ thuộc vào tổng số cặp electron hoátrị liên kết hay không liên kết bao quanh nó.+ Các obitan có các cặp e hoá trị được phân bố đều nhau và cách nhau xa nhất để có lựcđẩy nhỏ nhất giữa chúng.+ Có sự không tương đương giữa cặp e liên kết và cặp e không liên kết. Đôi e liên kếtchịu lực hút đồng thời của hai hạt nhân nguyên tử A và X tạo ra liên kết đó nên chuyểnđộng chủ yếu ở vùng không gian giữa hai hạt nhân. Trong khi đó, cặp e không liên kết chỉchịu lực hút của hạt nhân A nên có thể chuyển động ra xa hơn. Kết quả là cặp e không liênkết chiếm khoảng không gian rộng hơn (chiếm obitan lai hoá khuếch tán tương đối rộnghơn) so với khoảng không gian chiếm bởi cặp e liên kết, hay có tác dụng đẩy các cặpelectron khác mạnh hơn so với cặp electron liên kết. Hay nói gọi lại, - Sức đẩy của các cặpe giảm theo thứ tự: KLK-KLK>KLK-LK>LK-LKVì vậy, trong một số trường hợp có sự sai lệch về góc liên kết trên thực tế có khác so với lýthuyết. Ví dụ: trong phân tử H2O, NH3 các góc liên kết HOH(104,50) góc HNH (107,00)mặc dù các nguyên tử trung tâm O, N đều ở trạng thái lai hoá sp3 do các phân tử có số cặpelectron không liên kết bằng 1 và 2; còn CH4 có số cặp không electron liên kết bằng 0, nêncó góc liên kết chuẩn lai hóa sp3 là 109,50.+ Không gian của cặp electron liên kết sẽ giảm nếu độ âm điện của các phối tử X tănglên, dẫn đến góc hóa trị XAX giảm. Góc liên kết trong NF 3 chỉ là 102o so với 107o củaNH3. Tương tự góc liên kết giảm trong dãy: PI3 (102o), PBr3 (101,5o), PCl3 (100,3o) và PF3(97,8o).* Để áp dụng lý thuyết về sự lai hoá các obitan nguyên tử và thuyết sức đẩy giữa các cặpelectron hóa trị, giải thích sự hình thành liên kết cộng hoá trị trong phân tử cần cho họcsinh làm các bước sau:- Xác định nguyên tử trung tâm trong hợp chất. (Nguyên tử trung tâm trong 1 hợp chất hóahọc là nguyên tử của nguyên tố mà liên kết với nhiều nguyên tử nguyên tố khác nhất hay lànguyên tử của nguyên tố có trị tuyệt đối của số OXH là lớn nhất trong phân tử hợp chất đó)- Viết cấu hình electron của nguyên tử trung tâm. Mục đính là để xác định số đôi e chưatham gia liên kết nên chúng ta chỉ quan tâm đến lớp e ngoài cùng.- Viết công thức cấu tạo của phân tử hợp chất đó.- Viết công thức hợp chất đó dưới dạng AXnEm. Trong đó A, X, E, n, m lần lượt là nguyên tửtrung tâm, phối tử, đôi electron, số phối tử, số đôi e chưa tham gia liên kết. (có thể khôngnhất thiết phải viết công thức dạng này mà chỉ cần xác đinh được phối tử và số đôi e chưatham gia liên kết là được).- Tính tổng của số phối tử xung quanh nguyên tử trung tâm A và số đôi e chưa tham gia liênkết: n + m. Rồi xác đinh trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm theo quy tắc sau:+ n +m = 2 thì nguyên tử trung tâm lai hóa kiểu sp. Hai obital lai hóa hướng về hai phía củamột đường thẳng. Cấu trúc hình học của phân tử là dạng đuờng thẳng, góc liên kết 180 0. Nhưcác phân tử: CO2 , BeCl2, C2H2, BeH2, ZnCl2.+ n +m = 3 thì nguyên tử trung tâm lai hóa kiểu sp2nmHình dạng phân tửVí dụ30Tam giác đềuBF3, AlCl3, SO3, C2H4, CO32-, NO321Dạng gócSnCl2, SO2, O3, NO23+ n +m = 4 thì nguyên tử trung tâm lai hóa kiểu spnmHình dạng phân tửVí dụ+240Tứ diện đềuCH4, NH4 , SO4 , CCl4, ClO4-, PO4331Tháp tam giácNH3, PH322Dạng gócH2O, H2S, SF2, SCl2, F2O13Dạng thẳngHF3+ n +m = 5 thì nguyên tử trung tâm lai hóa kiểu dsp (lai hóa trong) hoặc sp3d (lai hóa ngoài)nmHình dạng phân tửVí dụ50Lưỡng chóp tamPCl5, PF5giác41Hình bập bênhSF432Hình chữ TBrF3, ClF3, HClO223Đường thẳngHClO, XeF223+ n +m = 6 thì nguyên tử trung tâm lai hóa kiểu d sp (lai hóa trong) hoặc sp3d2(lai hóa ngoài)nmHình dạng phân tửVí dụ60Bát diện đềuSF651Chóp vuôngBrF542Vuông phẳngXeF4, ICl4Tuy nhiên để giải thích đúng hình dạng của phân tử, ngoài sự lai hoá còn vận dụng thêmmột số giả thiết nữa. Ví dụ trong liên kết đôi, ba khi xét cấu trúc hình học của phân tử chủyếu người ta chỉ chú ý đến liên kết σ vì chỉ liên kết σ mới quyết định hướng liên kết, tuynhiên theo quy tắc Gillespie (Di- let- pi) thì đám mây electron của liên kết đôi xốp hơn chiếmkhoảng không gian lớn hơn đám mây liên kết đơn .Vì vậy, trong phân tử AX 3 (lai hoá sp2) cómột liên kết π thì góc liên kết sẽ lớn hơn 1200 và tất nhiên góc còn lại sẽ bé hơn 1200.Chẳng hạn trong phân tử HCHO có các góc liên kết như sau:H116 01220COHCòn đối với những phân tử sau đây, các nguyên tử trung tâm đều ở cùng một kiểu lai hoá sp 3của các obitan nhưng sự biến đổi của góc hoá trị được giải thích như sau:Góc hoá trị giảm xuống vì vai trò của obitan s trong sự lai hoá sp3 giảm xuốngGóc hoá trịGiảm xuốngvì số cặpelectron tự dotăng lênH 2OH2S (**)H2Se (**) H2Te (**)0010592910900NH3PH3 (***) AsH3 (***) SbH3 (***)1070940920900CH41090 28’(**), (***): Có tài liệu cho rằng các phân tử H 2S, H2Se, H2Te, PH3, AsH3, SbH3 không laihóa…6. Vai trò của thuyết lai hoáNhư chúng ta đã đặt vấn đề khi đưa ra khái niệm về sự lai hoá, đó là thuyết lai hoágiải thích được hình dạng của một số phân tử mà theo thuyết liên kết cộng hoá trị thuần tuýsẽ không giải thích được hoặc giải thích bằng thuyết lai hoá sẽ sát với thực nghiệm hơn.Dựa vào lý thuyết về sự xen phủ chúng ta có thể giải thích được những trường hợphình thành hay không hình thành liên kết hoá học; liên kết tạo ra bền (liên kết σ ) hay khôngbền (liên kết π).II. Cấu tạo các phân tử đơn giảnPhân tử O31.Phân tử O3 có dạng đường gãy khúc với góc H. Nên góc FPF < góc ClPCl < góc HPH.Ví dụ 5: Dựa vào thuyết lai hoá hãy cho biết dạng hình học của hai phân tử: BeCl 2 và NF3Tính định hướng của liên kết cộng hoá trị thuần tuý (không xét sự lai hoá) có giải thích đượcdạng hình học của chúng không? Vì sao?HD: Be: 1s22s2Be*: 1s2 2s12p1=> Be có 2 electron độc thân tạo thành 2 liên kết σ với 2 nguyên tử clo, không còn có cặpelectron hoá trị nào không tham gia liên kết. Be trong BeCl 2 lai hoá sp và phân tử BeCl 2 cócấu trúc thẳng.Bằng liên kết cộng hoá trị thuần tuý không khẳng định được cấu trúc thẳng của phân tửBeCl2 vì hướng xen phủ của 2 AO 2p của Be với AO hoá trị của Cl là xác định, còn hướngxen phủ của 2AO 2s của Be với AO hoá trị của Cl thứ hai là không xác định do AO s hìnhcầu nên xen phủ ở mọi hướng đều có giá trị như nhau.N: 1s2 2s22p3 => N có 3 electron độc thân trên 3 AO 2p khác nhau. Các AO 2p này đềunằm thẳng góc với nhau và đó cũng là hướng xen phủ lớn nhất với các AO hoá trị của 3nguyên tử F. Vậy theo thuyết liên kết cộng hoá trị thuần tuý, phân tử có hình tháp tam giácvới các góc liên kết FNF khoảng 900.Theo thuyết lai hoá: ở N trong NF 3 có sự lai hoá sp3 vì N tạo 3 liên kết σ với 3 nguyên tửF và vẫn còn một cặp electron hoá trị chưa tham gia liên kết. Vậy phân tử NF 3 có hình tháptam giác và góc FNF gần bằng góc tứ diện đều (109 028’). Thực nghiệm xác nhận góc FNFgần bằng 1020, nghĩa là gần với góc tứ diện đều . Vậy cả hai thuyết đều giải thích được cấuhình của phân tử NF3 nhưng thuyết lai hoá dự đoán góc FNF gần sát với kết quả thực nghiệmhơn.Ví dụ 6: Hãy so sánh (có giải thích) góc liên kết ONO trong các phân tử NO 2, KNO2 vàNO2ClHD:NO2+NO2ON+O NONO1320OO+NNO2OONONOO1150OTrong NO2 và NO2− đều có N ở trạng thái lai hóa sp2, nên có cấu trúc dạng góc. NO2 chỉ có 1 echưa liên kết nên lực đẩy giữa các cặp e liên kết yếu hơn NO 2- có cặp e chưa liên kết => Gócliên kết ONO của NO2 > góc liên kết ONO của NO2−.Nguyên tử N trong NO2+ ở trạng thái lai hóa sp và không còn e tự do nên hai liên kết σ cókhuynh hướng tạo góc 1800 để giảm thiểu lực đẩy giữa các đôi e liên kết, dẫn đến hình họctuyến tính (đường thẳng).Ví dụ 7: Thực nghiệm cho biết cả ba hợp chất CHBr 3, SiHBr3, CH(CH3)3 đều có cấu tạo tứdiện. Có ba trị số góc liên kết tại tâm là 110o; 111o; 112o (không kể tới H khi xét các gócnày). Độ âm điện của H là 2,20; CH 3 là 2,27; Csp3 là 2,47; Si là 2,24; Br là 2,50. Dựa vào môhình sự đẩy giữa các cặp e hóa trị (VSEPR) và độ âm điện, hãy cho biết trị số góc của mỗihợp chất và giải thích.HD:Cấu tạo không gian của các phân tử được biểu diễn như sau :HHHBrBrBrCCSiBrBrBrCH3CH3CH3SiHBr3 (1)CHBr3 (2)CH(CH3)3 (3)+ Góc liên kết được tạo thành bởi trục của đám mây electron của 2 obitan tạo thành liên kết .Sự phân bố mật độ electron của các đám mây này phụ thuộc vào độ âm điện của nguyên tửtrung tâm A và phối tử X. Ở cả 3 hợp chất nguyên tử trung tâm A đều có lai hoá sp 3 vì lớp vỏhoá trị có 4 cặp electron. Sự khác nhau về trị số của các góc chỉ phụ thuộc vào độ âm điệntương đối giữa các nguyên tử liên kết.+ Khi so sánh 2 góc Br – A – Br ở (1) và (2), liên kết Si-Br phân cực hơn liên kết C-Br nêngóc Br – C – Br có trị số lớn hơn góc Br – Si – Br.+ Khi so sánh 2 góc Br – C – Br và H 3C – C – CH3 ở (2) và (3), liên kết C – Br phân cực hơnliên kết C – CH3 nên góc ở (3) lớn hơn ở (2).+ Từ hai so sánh trên thấy rằng trị số các góc tăng dần theo thứ tự sau:Góc ở (1) < Góc ở (2) < Góc ở (3)Ví dụ 8: Cho các phân tử: Cl2O ; O3 ; SO2 ; NO2 ; CO2 và các góc liên kết: 1200 ; 1100 ;1320 ; 116,50 ; 1800.a) Hãy ghi giá trị góc liên kết trên cho phù hợp với các phân tử tương ứng.b) Giải thích (ngắn gọn)HD:a) Điền góc liên kết:Cl2O: (1100) ; O3 : (116,50); SO2 : (1200); NO2 : (1320) ; CO2 : (1800)b) Giải thích:- Các phân tử: O3 : (116,50); SO2 : (1200); NO2: (1320) ; có lai hoá sp2 nên góc liên kết ≈1200. Góc liên kết phụ thuộc 2 yếu tố:+ Độ âm điện của nguyên tố trung tâm: độ âm điện càng mạnh => kéo cặp e dùng chung vềtrung tâm => tăng lực đẩy => tăng góc liên kết.+ Mật độ e, độ lớn của obitan lai hoá chưa tham gia liên kết làm tăng lực đẩy khép góc =>làm giảm góc liên kết.- O3 có góc liên kết nhỏ nhất vì obitan lai hoá còn cặp e chưa liên kết tạo lực đẩy khép góc.- NO2 có góc liên kết lớn nhất vì N có độ âm điện lớn hơn S, obitan lai hoá chưa tham gialiên kết có 1e nên lực đẩy khép góc kém.- Phân tử CO2 : lai hoá sp nên góc liên kết ≈ 1800- Phân tử Cl2O: lai hoá sp3, góc liên kêt ≈ 109,50Ví dụ 9: Viết công thức cấu tạo Lewis, nêu trạng thái lai hóa và vẽ dạng hình học của cácphân tử sau: (a) B2H6(b) XeO3(c) Al2Cl6Giải thích vì sao có Al2Cl6 mà không có phân tử B2F6?HD:a. B lai hóa sp3, phân tử B2H6 gồm 2 tứ diện lệch có 1 cạnh chung, liên kết BHB là liên kết 3tâm và chỉ có 2 electron, 1 electron của H và 1 electron của B.CTCT:b.c.Al lai hóa sp3, phân tử Al2Cl6 gồm hai tứ diện lệch có 1 cạnh chung, có 2 liên kết cho nhận đượctạo tạo thành do cặp electron không liên kết của Cl và obitan trống của Al. Trong Al 2Cl6, nguyêntử Al đạt được cấu trúc bát tử vững bền.Có phân tử Al2Cl6 vì nguyên tử Al đạt cấu trúc bát tử vững bền.Không có phân tử B2F6 vì: phân tử BF3 bền do có liên kết pi không định chỗ được tạo thànhgiữa obitan trống của B với cặp electron không liên kết của F và kích thước của nguyên tử Bbé so với nguyên tử F nên tương tác đẩy giữa 6 nguyên tử F lớn làm cho phân tử B 2F6 trởnên kém bền.Ví dụ 10: (Đề dự tuyển QG 2012 – HT) Cho biết cấu trúc các phân từ và ion sau: NH 4+; PCl5;SF6; XeF2Cl2 (nêu và giải thích trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm, mô tả dạng hình họcphân tử, vẽ hình phân tử).HD:a. NH4+: N lai hóa sp3, xung quanh N có 4 vùng electron nên phân tử có hình tứ diện đều.N+b. PCl5+: P lai hóa sp3d, xung quanh P có 5 vùng electron nên phân tử có hình lưỡng tháp tamgiác.c. SF6: P lai hóa hóa sp3d2, xung quanh S có 6 vùng electron nên phân tử có hình bát diện đều.d. XeF2Cl2: Xe lai hóa hóa sp3d2, xung quanh Xe có 4 vùng electron nên phân tử có hình vuông.Nhưng phân tử có 2 dạng cis và trans.ClClFFFClClFCisTransMột vài ví dụ về lai hóa trong phức chấtVí dụ 11: Giải thích sự hình thành liên kết trong phức chất Fe(CO)5 theo thuyết lai hóa.HD:Fe (Z = 26) [Ar]3d64s24p0Fe*[Ar]3d84s04p0Ở trạng thái kích thích, nguyên tử Fe dùng 1 obitan3d trống tổ hợp với31obitan 4s và 3 obitan 4p tạo thành 5 obitan lai hoá dsp trống hướng ra 5 đỉnh của hìnhlưỡng chóp đáy tam giác đều tâm là nguyên tử Fe.CO dùng cặp electron tự do chưa liên kết trên nguyên tử cacbon tạo liên kết phối trí với cácobitan lai hoá trống của sắt tạo ra phân tử phức trung hoà Fe(CO) 5Fe*[Ar]3d84s04p0↑↑↑↑↑:CO :CO :CO : CO :COVí dụ 12: Sự hình thành liên kết trong phân tử Ni(CO)4Ni (Z = 28) [Ar]3d84s24p0Ni*[Ar]3d84s04p0Ở trạng thái kích thích, nguyên tử Ni dùng 1 obitan 4s trống tổ hợp với 3 obitan 4p tạo thành4 obitan lai hoá sp3 trống hướng ra 4 đỉnh của hình tứ diện đều tâm là nguyên tử Ni.CO dùng cặp electron tự do chưa liên kết trên nguyên tử cacbon tạo liên kết phối trí với cácobitan lai hoá trống của Niken tạo ra phân tử phức trung hoà Ni(CO) 4Ni*[Ar]3d84s04p0↑↑↑↑↑↑↑↑:CO:CO : CO :COPhân tử Ni(CO)4 có tính nghịch từ vì không còn electron độc thân.Ví dụ 13: Khi hòa tan muối CrCl 3.6H20 vào nước, sau đó thêm lượng dư dung dịch AgNO3và lọc nhanh kết tủa AgCl thì thì được muối của crom tồn tại dưới dạng phức chất có côngthức [Cr(H2O)5Cl]2+ .Hãy xác định trạng thái lai hóa và dạng hình học của phức chất trên.HD:24Cr3+ (1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3) →24Cr3+ : [Ar] 3d3Cl3d34s4pH 2O900H 2OAArH 2OPhøc thuËn tõCr lai hãa sp3d2900H 2OH 2OB¸t diÖn ®ÒuC. KẾT LUẬNTrong nội dung của chuyên đề này tôi đã đưa ra hệ thống về lí thuyết lai hóa và thuyếtsức đẩy giữa các cặp electron hóa trị, tôi cũng đã trình bày cấu trúc hình học một số phân từvà đưa ra các ví dụ minh hoạ được trích từ các đề học sinh giỏi tỉnh, đề dự tuyển quốc gia,đề quốc gia của các sở giáo dục. Rất mong nội dung chuyên đề sẽ giúp ích cho các đồngnghiệp trong công việc tích lũy, nâng cao chuyên môn và bồi dưỡng học sinh giỏi.Mặc dù đã rất đầu tư và cố gắng, nhưng đề tài này chắc chắc còn nhiều hạn chế, thiếusót, tôi mong muốn sự đồng thuận và góp ý của bạn bè và đồng nghiệp để bổ sung và hoànthiện.Tôi xin chân thành cảm ơn!Người làm chuyên đề: Nguyễn Thị Duyên

Tài liệu liên quan

• GIAO AN HOA 8( NGUYEN TU)
  • 13
  • 1
  • 7
• lai hoa obitan nguyen tu
  • 2
  • 4
  • 55
• Bài 4: Sự lai hóa các Obitan nguyên tử
  • 10
  • 4
  • 62
• BAI 4: Sự chuyển động của electron trong nguyên tử, obitan nguyên tử
  • 5
  • 802
  • 1
• Bài 18: SỰ LAI HOÁ CÁC OBITAN NGUYÊN TỬSỰ HÌNH THÀNH LIÊN KẾT ĐƠN, LIÊN KẾT ĐÔI VÀ LIÊN KẾT BA.
  • 26
  • 3
  • 21
• SU LAI HOA OBITAN
  • 16
  • 913
  • 6
• thao giang bai su lai hoa obitan
  • 35
  • 876
  • 8
• Bài 34: Sự lai hóa các Obitan Nguyên tử, sự hình thành liên kết đơn, liên kết 3 và liên ba
  • 13
  • 1
  • 7
• Tài liệu lai hoa OBITAN 2
  • 6
  • 335
  • 0
• Tài liệu Chủ đề 2: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH LAI HÓA CỦA NGUYÊN TỬ TRUNG TÂM TRONG HỢP CHẤT CỘNG HÓA TRỊ ppt
  • 4
  • 1
  • 24

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(2.36 MB - 18 trang) - LAI HOA OBITAN NGUYEN TU Tải bản đầy đủ ngay ×