Liên kết hóa học Sở GD và ĐT Thừa Thiên Huế Trường THPT chuyên Quốc Học Nhóm 4 Lớp 10 Hóa Niên Khóa 2010 – 2013 Huế, 10 2010 • Nguyễn Viết Kỳ Long • Phạm Thị Ngọc Hòa • Nguyễn Thị Khánh Vy • Nguyễn Vă[.]
Sở GD ĐT Thừa Thiên Huế Trường THPT chuyên Quốc Học Liên kết hóa học • Nguyễn Viết Kỳ Long • Phạm Thị Ngọc Hịa • Nguyễn Thị Khánh Vy • Nguyễn Văn Việt Văn • Nguyễn Thị Thanh Hịa • Nguyễn Thị Phương Thảo • Mai Trần Phước Lộc • Nguyễn Đình Thiên Phú Nhóm Lớp 10 Hóa Niên Khóa: 2010 – 2013 Huế, 10-2010 Liên kết hóa học Lời nói đầu Nhóm lớp 10 Hóa trường THPT chuyên Quốc Học, với đề tài tiểu luận “Liên Kết Hóa Học”, chúng tơi hy vọng chuyển tải nội dung phù hợp với kiến thức phổ thông nâng cao mấu chốt, trọng tâm nội dung Xin chia tiểu luận làm phần: Lí thuyết tập Phần lí thuyết – kiến thức với việc tham khảo số tài liệu, muốn truyền tải phần nội dung “Liên Kết Hóa Học” cách ngắn gọn, đầy đủ dễ hiểu Những phần kiến thức tiểu luận có giới hạn chương trình chuyên lớp 10 Phần tập – Là đề bài, tập mà thành viên nhóm thu thập đóng góp, đề giải Những tập này, theo nhận xét dễ, không q khó tìm hiểu lí thuyết kĩ Nhóm chúng tơi hân hạnh nhận góp ý thầy cô bạn đọc để bổ sung điểm khuyết hay sửa chữa nhầm lẫn sai sót Xin cảm ơn q thầy bạn dành thời gian theo dõi tiểu luận Nhóm lớp 10 Hóa, THPT chuyên Quốc Học Niên khóa 2010 – 2013 Liên kết hóa học A Khái quát liên kết hóa học I Khái niệm liên kết hóa học Liên kết hóa học kết hợp nguyên tử để tạo thành phân tử tinh thể bền II Vì nguyên tử phải liên kết với nhau? • Đối với nguyên tử khí hiếm, phân lớp bão hịa nên cấu hình electron vững bền Do nguyên tử tồn độc lập nguyên tử riêng biệt • Đối với nguyên tử khác khí hiếm, phân lớp chưa bão hịa nên cấu hình electron chưa bền vững, nguyên tử tồn độc lập nguyên tử riêng biệt mà phải liên kết với để tạo thành phân tử tinh thể bền III Các kiểu liên kết Có kiểu liên kết chính: • Hoặc có chuyển e từ nguyên tử sang nguyên tử khác, lúc liên kết hình thành liên kết ion • Hoặc có góp chung e, lúc liên kết hình thành liên kết cộng hóa trị IV Quy tắc bát tử (Octet) Chúng ta biết điều kiện thường, nguyên tử khí trơ (hay khí quý) Xe, Ar, Ne, bền mặt hóa học Người ta khẳng định bền vững bão hịa electron vỏ hóa trị - tức lớp ngồi – nguyên tử nguyên tố Số electron vỏ hóa trị bão hòa Liuyxo đưa quy tắc sau đây, thường gọi quy tắc bát tử hay octet: Khi tạo thêm phân tử (có từ hai nguyên tử trở lên) nguyên tử thu thêm bớt góp chung electron để nguyên tử có electron vỏ Gilbert Newton Lewis (1875-1946) Liên kết hóa học hóa trị (hay lớp ngồi cùng) Có số ngoại lệ quy tắc Sau liên kết hóa học hình thành mà vỏ hóa trị nguyên tử có 2e Li+, Be2+ Cũng có trường hợp liên kết hóa học hình thành, vỏ hóa trị nguyên tử có số electron khác 8e khác 2e Thực tế quy tắc áp dụng chủ yếu cho nguyên tố chu kì II Bây ta xét trường hợp hình thành liên kết hóa học, áp dụng quy tắc bát tử V Electron hóa trị Electron hóa trị hay electron electron orbital tham gia vào liên kết ngun tử Electron hóa trị ngun tố nhóm nằm lớp ngồi cùng, ngun tố nhóm phụ (kim loại chuyển tiếp) electron hóa trị có lớp ngồi lớp d kế cận Các electron hóa trị hay khơng tham gia vào liên kết nguyên tử, phụ thuộc vào trạng thái hóa học nguyên tử, tham gia chúng gọi electron liên kết Ví dụ, clo HCl có electron hóa trị tham gia liên kết, HClO4 có electron liên kết B Các dạng liên kết hóa học chủ yếu I Liên kết ion Ion, tạo thành ion Ion: nhóm nguyên tử nguyên tử mang điện tích Ví dụ: NH4+, SO32-, Na+, Cl-, Có thể phân loại ion dựa vào điện tích (ion dương ion âm hay cation anion) dựa vào số nguyên tử có ion (ion đơn nguyên từ ion đa phân tử) Liên kết hóa học Ion dương: Ví dụ: Ngun tử Na có cấu hình e 1s22s22p63s1, có nhiều ngun tử Ne (1s22s22p6) electron, dễ dàng nhường e lớp Khi nguyên tử Na nhường electron, vỏ nguyên tử 10 electron số proton hạt nhân 11, dư điện tích dương ngun tử Na khơng cịn trung hịa điện mà biến thành hạt mang điện, ion dương (Na+) Sơ đồ tổng quát: M → Mn+ + ne Gọi tên: ion + tên kim loại tương ứng Ion âm Ví dụ: ngun tử clo có 17e 17p (1s22s22p63s23p5), nguyên tử khí gần agon electron (Ar: 1s22s22p63s23p6), dễ dàng nhận thêm e cho đủ electron ngồi ứng với cấu hình ns2np6 Khi nhạn thêm e, số e vỏ tăng lên 18 số p nhân 17 Như dư điện tích âm Nguyên tử clo khơng cịn trung hịa điện mà biến thành hạt mang điện âm, ion âm clorua (Cl-) Sơ đồ tổng quát: X + me → XmGọi tên: ion + gốc axit tương ứng Sự tạo thành liên kết ion Để có 8e lớp vỏ hóa trị, nguyên tử kim loại số e hóa trị vốn có để trở thành cation, nguyên tử phi kim thu hay nhận thêm e để trở thành anion Khi hai ion tích điện trái dấu hút (bằng lực hút tĩnh điện) tạo hợp chất liên lết ion Ví dụ: xét tạo thành liên kết NaCl đốt Na Cl2 - - Sự tạo thành ion: Na → Na+ + 1e Cl + 1e → ClLúc Na+ Cl- có lực hút tạo thành lien kết ion Na─Cl (ứng với NaCl) Na+ + Cl- → Na─Cl (NaCl) Lực hút Liên kết ion Liên kết hóa học - Sơ đồ Li-uýt (Lewis) Na - + Cl [Na]+ [ Cl ]- Na Cl PTPU: 2Na + Cl2 → 2NaCl Ta có kết luận: Electron chuyển từ nguyên tử kim loại sang nguyên tử phi kim tạo thành ion tích điện trái dấu, ion hút tạo thành hợp chất ion Định nghĩa: Liên kết ion liên kết hóa học hình thành nhờ lực hút tĩnh điện ion trái dấu Lúc hiệu độ âm điện ∆X ≥ 1,7 Sự phân cực ion: Định nghĩa: Sự phân cực ion chuyển dịch đám mây e so với hạt nhân ion tác dụng điện trường ion khác + - Hình 4.10 Sự phân cực ion Do phân cực ion mà đám mây cation anion khơng hồn tồn tách rời mà che phủ phần → Khơng có liên kết ion 100% Trong liên kết ion có phần liên kết cộng hóa trị Các yếu tố ảnh hưởng đến tạo thành liên kết ion Có yếu tố: - Năng lượng ion hóa - Ái lực electron - Năng lượng mạng lưới tinh thể a) Năng lượng ion hóa Nguyên tử có lượng ion hóa nhỏ dễ tách electron trở thành ion dương (cation) Ví dụ: Năng lượng ion hóa thứ nguyên tử Na, Li, Be 496 kJ/mol, 500 kJ/mol, 900 kJ/mol Theo ngun tử Na dễ biến thành ion dương nguyên tử Li nguyên tử Li dễ biến thành ion dương hon nguyên tử Be b) Ái lực electron • Trong q trình cho nhận electron ngun tử cịn có tỏa nhiệt Năng lượng tỏa gọi lực electron Liên kết hóa học Định nghĩa: Ái lực electron lượng tỏa nguyên tử kết hợp với electron để trở ion âm • Ai lực electron nguyên tố lớn ngun tố dễ nhận electron để trờ thành on âm • Ví dụ: Ái lực electron nguyên tố Cl, Br, I 389 kJ/mol, 342 kJ/mol, 295 kJ/mol Theo số liệu clo dễ biến thành ion âm brom brom dễ biến thành ion âm iot c) Năng lượng mạng lưới • Khi ion tạo thành, chúng hút lực hút tĩnh điện để tạo thành hợp chất Q trình tỏa mơt lượng nhiệt lớn • Năng lượng tỏa io kết hợp với để tạo thành mạng lưới tinh thể gọi lượng mạng lưới • Năng lượng mạng lưới lớn tinh thể tạo thành bền Độ bền hợp chất ion • Muốn xét xem ion ngược dấu hút mạnh yếu tới mức nào, người ta đưa đại lượng gọi lượng phân li (kí hiệu Epl) cặp ion • Định nghĩa: lượng phân li lượng cần thiết để phá hủy tinh thể ion tạo thành ion tự |Emạng lưới|=|Ephân li| • Năng lượng phân li tỉ lệ thuận với điện tích ion: Điện tích ion lớn, chúng hút mạng nên lượng cần thiết để phá hủy tinh thể ion lớn Do lượng phân li lớn • Năng lượng phân li tỉ lệ nghịch với kích thước ion: Kích thước ion lớn chúng hút yếu Hóa trị nguyên tố Hóa trị nguyên tố hợp chất ion (gọi tắt điện hóa trị) điện tích ion Ví dụ 1: NaCl Điện hóa trị Na 1+, Cl 1Ví dụ 2: BaO Điện hóa trị Ba 2+, O 2• II Liên kết cộng hóa trị I Sự tạo thành liên kết cộng hóa trị cặp electron chung Đối với đơn chất Liên kết hóa học Ví dụ 1: H2 H + H Góp chung e H H H H cặp e chung Nhờ góp chung electron nên phân tử H2, nguyên tử H trở nên có electron, đạt cấu hình electron He Ví dụ 2: Cl2 Cl + Cl Góp chung e Cl Cl Cl Cl cặp e chung Ví dụ 3: N2 N + N N N N N Có cặp e chung Đối với hợp chất Ví dụ 1: HCl H + Cl H Cl H Cl Mỗi nguyên tử hidro nguyên tử clo góp 1e để tạo thành cặp electron chung Trong phân tử HCl, nguyên tử có cấu hình electron khí Ví dụ 2: CH4 H + H + C + H + H H H C H H H H C H H Định nghĩa: Liên kết cộng hóa trị liên kết hai nguyên tử nhiều electron chung mà cặp electron chung góp chung hai nguyên tử tham gia liên kết II Tính chất liên kết cộng hóa trị Bậc liên kết Định nghĩa: Bậc liên kết số cặp e góp chung hai nguyên tử phân tử a Bậc (còn gọi liên kết đơn) Liên kết có bậc có liên kết hai nguyên tử Ví dụ: H─H, H─Cl, Liên kết hóa học H H C H H b Bậc hai Liên kết có bậc hai có hai cặp electron chung hai nguyên tử Ví dụ: C O (CO2) C (C2H4) C c Bậc ba (còn gọi liên kết ba) Liên kết có bậc ba có cặp electron chung hai nguyên tử Ví dụ: N N (N2) C (C2H2) C Độ dài liên kết • Độ dài liên kết khoảng cách hạt nhân hai nguyên tư liên kết với • Các yếu tố ảnh hưởng đến độ dài liên kết - Kích thước nguyên tử: Kích thước nguyên tử lớn, độ dài liên kết lớn - Bậc liên kết: Bậc liên kết thấp, độ dài liên kết lớn Góc liên kết Là góc tạo hai nửa đường thẳng xuất phát từ hạt nhân nguyên tử qua hạt nhân hai nguyên tử khác liên kết trực tiếp với hai nguyên tử Ví dụ: Trong phân tử nước, góc liên kết HOH=104o28’ Năng lượng liên kết (Kí hiệu: Elk) Định nghĩa: Năng lượng liên kết là lượng tỏa tạo thành liên kết hóa học từ nguyên tử lập, thường tính kJ/mol liên kết Ví dụ: Đối với trình tạo thành HCl từ H2 Cl2, lượng tỏa 431 kJ/mol Đó lượng liên kết H─Cl Năng lượng phân li, kí hiệu D, lượng cần thiết để phá vỡ liên kết hóa học, tách phân tử thành ngun tử Ví dụ: Đối với q trình Liên kết hóa học III H─Cl → H + Cl Năng lượng cần cung cấp 431 kJ/mol Đó lượng phân li liên kết H─Cl Như lượng liên kết lượng phân li trái dấu Liên kết cộng hóa trị phân cực khơng phân cực Liên kết cộng hóa trị khơng phân cực Liên kết cộng hóa trị khơng phân cực liên kết cộng hóa trị mà cặp e chung phân bố đồng hai nguyên tử tham gia liên kết Lúc hiệu độ âm điện ≤ ∆X ≤ 0,4 Ví dụ: H2, Cl2, O2, N2 Liên kết cộng hóa trị phân cực Liên kết cộng hóa trị phân cực liên kết cộng hóa trị mà cặp e chung bị lệch phía nguyên tử có độ âm điện lớn Lúc hiệu độ âm điện: 0,4 ≤ ∆X ≤ 1,7 Ví dụ: Trong phân tử HCl có ∆X=0,96, clo có độ âm điện lớn hidro nên cặp electron chung bị lệch phía clo Liên kết clo liên kết có cực, đầu cực âm, đầu cực dương Người ta kí hiệu: δ (đọc đen ta) δ+ phần điện tích dương; δ- phần điện tích âm Liên kết cho nhận Ví dụ 1: O3 O (2) (1) O O O O O (3) Giữa (1) (2) góp chung e hình thành cặp e chung, ứng với liên kết cộng hóa trị Một hai nguyen tư oxi (1 2) đưa cặp e cho (3) dùng chung, ứng với hình thành liên kêt cho nhận (hay liên kết phối tử), biểu diễn mũi tên Định nghĩa: Liên kêt cho nhận liên kết hai nguyên tử nhiều cặp e chung nguyên tử đóng góp Vi dụ 2: SO2 Hướng 1: S trạng thái 1s22s22p63s23p43d0 O S O O S O Hướng 2: S trạng thái kích thích (S*: 1s22s22p63s23p33d1) O S O O S O 10 ... dõi tiểu luận Nhóm lớp 10 Hóa, THPT chuyên Quốc Học Niên khóa 2010 – 2013 Liên kết hóa học A Khái quát liên kết hóa học I Khái niệm liên kết hóa học Liên kết hóa học kết hợp nguyên tử để tạo thành... lai hóa số thuyết bổ sung Liên kết sigma (ϭ) liên kết pi (π) Liên kết sigma liên kết hóa học hình thành xen phủ trục, hai nguyên tử hai đầu liên kết quay 15 Liên kết hóa học quanh trục cách tự Liên. .. Các liên kết pi thường 16 Liên kết hóa học liên kết trải dài không gian liên kết sigma Các electron liên kết pi thường gọi electron pi Các mảng phân tử liên kết liên kết pi xoay quanh liên kết