CÁC LOẠI LIÊN KẾT YẾU LIÊN KẾT VAN DER WAALS – LIÊN KẾT HYDROGEN HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG 1. TÀI LIỆU DÀNH CHO THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN HỌC SINH, SINH VIÊN MUỐN THAM KHẢO THÊM VỀ NỘI DUNG LIÊN KẾT YẾU. TRONG TÀI LIỆU CÓ ĐỀ CẬP ĐẾN CƠ SỞ LÝ THUYẾT, BÀI TẬP ÁP DỤNG, MỘT SỐ ĐỀ XUẤT NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ GIẢNG DẠY NỘI DUNG LIÊN KẾT YẾU TRONG CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THÔNG. MỌI ĐÓNG GÓP VỀ NỘI DUNG XIN GỬI VỀ FB: https:www.facebook.com/vuong150 HOẶC EMAIL: VANVUONGH239GMAIL.COM MỌI ĐÓNG GÓP CỦA QUÝ BẠN ĐỌC ĐỀU RẤT ĐƯỢC TRÂN TRỌNG VÀ GHI NHẬNXIN CẢM ƠN
KHOA SƯ PHẠM KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGÀNH SƯ PHẠM HÓA HỌC CÁC LOẠI LIÊN KẾT YẾU LIÊN KẾT VAN DER WAALS – LIÊN KẾT HYDROGEN TIỂU LUẬN HỌC PHẦN HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG Giảng viên hướng dẫn: TS Đặng Xuân Dự THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2022 Lời mở đầu Nhận thấy tầm quan trọng việc giảng dạy kiến thức phần liên kết yếu chương trình giáo dục phổ thơng tơi nhóm thực báo cáo có liên quan Trong báo cáo chúng tơi trình bày tương đối đầy đủ sở lý thuyết liên kết yếu, ứng dụng giải thích số tượng thực tế Ngồi ra, cịn xây dựng số tập áp dụng Xây dựng quan điểm việc nâng cao chất lượng giảng dạy nội dung liên kết yếu mong muốn mang lại nguồn tài liệu tham khảo đáng tin cậy cho bạn đọc Trong q trình soạn khơng tránh khỏi sai sót mong nghe lời nhận xét, từ nhóm tơi có sở hồn thiện thêm báo cáo Người thực Hoàng Văn Vương Phạm Anh Khoa Nguyễn Ngọc Trúc My trưởng nhóm thành viên thành viên MỤC LỤC Lời mở đầu MỤC LỤC MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu 3 Nhiệm vụ nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu NỘI DUNG Liên kết yếu Nội dung liên kết Van Der Waals 2.1 Khái niệm liên kết Van Der Waals 2.2 Các loại tương tác lực Van Der Waals 2.2.1 Lực tương tác lưỡng cực – lưỡng cực 2.2.2 Lực tương tác lưỡng cực – lưỡng cực cảm ứng 2.2.3 Lực tương tác lưỡng cực cảm ứng – lưỡng cực cảm ứng 2.2.4 Lực đẩy Van der waals 11 2.3 Ảnh hưởng liên kết Van Der Waals tới tính chất vật lý chất 11 2.4 Liên kết Van Der Waals chương trình hóa học phổ thông 12 2.4.1 Phạm vi giảng dạy nội dung liên kết Van Der Waals trường THPT 12 2.4.2 Các giải pháp nâng cao chất lượng giảng dạy nội dung liên kết Van Der Waals trường THPT 12 2.5 Bài tập tham khảo 12 Nội dung liên kết hydrogen 13 3.1 Bản chất liên kết hydrogen 13 3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới độ bền liên kết Hydrogen 14 3.3 Phân loại liên kết Hydrogen 15 3.3.1 Liên kết Hydrogen liên phân tử 15 3.3.2 Liên kết Hydrogen nội phân tử 15 3.4 Ảnh hưởng liên kết Hydrogen tới tính chất vật lý chất 16 3.5 Liên kết Hydrogen chương trình hóa học phổ thơng 17 3.5.1 Phạm vi giảng dạy nội dung liên kết Hydrogen trường THPT 17 3.5.2 Các giải pháp nâng cao chất lượng giảng dạy nội dung liên kết Hydrogen trường THPT 17 3.6 Bài tập tham khảo 17 KẾT LUẬN 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 21 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Chương trình Hóa học năm 2018, có thay đổi, cập nhật lớn mặt kiến thức mà học sinh học trường phổ thông Đối với mơn hóa học, bên cạnh kiến thức cũ, có bổ xung thêm số nội dung kiến thức hoàn toàn mẻ chỉnh sửa tùy theo mức độ Điều bước đầu gây khó khăn cho giáo viên học sinh việc dạy học nội dung Đây lý tơi hai thành viên nhóm hệ thống hóa số nội dung kiến thức xuất chương trình giáo dục phổ thơng mới, với mục đích làm tài liệu tham khảo cho giáo viên học sinh việc tìm hiểu nội dung liên quan Bài báo cáo cung cấp sở lý thuyết liên kết yếu (liên kết hydrogen liên kết Van Der Waals) làm tảng kiến thức tham khảo cho giáo viên học sinh Bên cạnh báo cáo cịn xây dựng quan điểm việc nâng cao chất lượng giảng dạy phần liên kết yếu chương trình giáo dục phổ thơng Và cịn xây dựng hệ thống tập áp dụng mong muốn đem lại nhìn tổng quát phần liên kết yếu số biện pháp cụ thể việc nâng cao chất lượng giảng dạy Mục tiêu nghiên cứu - Hệ thống hóa sở lý thuyết liên kết yếu (liên kết hidro liên kết van der waals) - Cung cấp tư liệu tham khảo cho học sinh giáo viên việc tìm hiểu nội dung kiến thức liên kết yếu - Chỉ số quan điểm việc nâng cao chất lượng dạy học nội dung liên kết yếu chương trình Hóa học trung học phổ thông Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu, hệ thống hóa sở lý thuyết nội dung liên kết yếu (liên kết hydrogen liên kết Van Der Waals) - Nghiên cứu nội dung liên kết yếu sách giáo khoa Hóa học lớp 10 theo chương trình (sách Kết nối tri thức, sách Chân trời sáng tạo, sách Cánh diều) - Xây dựng quan điểm, định hướng nâng cao chất lượng giảng dạy phần liên kết yếu chương trình giáo dục phổ thơng - Ứng dụng hệ thống sở lý thuyết, xây dựng tập vận dụng giải thích tính chất vật lý chất thông qua chất liên kết yếu 4 Các phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tham khảo tài liệu có liên quan tới liên kết yếu nước 5 NỘI DUNG Liên kết yếu Liên kết yếu nội dung kiến thức thú vị mang nhiều ý nghĩa thực tế ứng dụng Ngoài liên kết yếu cịn giúp giải thích tượng vật lý bất thường số chất Như việc giải thích trạng thái tồn chất, thơng thường ta quan sát thấy chất tồn pha rắn, lỏng, khí ngồi cịn trạng thái plasma Khi trạng thái khí, lực liên kết yếu không thắng động phân tử chúng khuếch tán tồn dạng khí Khi lực liên kết đủ mạnh để giữ phân tử khơng tách khỏi trượt chất tồn thể lỏng Còn thể rắn lực liên kết yếu đủ mạnh để thắng động phân tử, làm cho chuyển cố định quanh vị trí cân Việc nắm lý thuyết liên kết yếu quan trọng việc giải thích tính chất vật lý chất, nâng cao giải thích khả phản ứng chất Do việc dạy nội dung quan trọng không kém, sau tơi nhóm trình bày sở lý thuyết hai loại liên kết yếu liên kết Van Der Waals liên kết hydrogen Nội dung liên kết Van Der Waals 2.1 Khái niệm liên kết Van Der Waals Liên kết Van Der Waals sử dụng nghĩa với thuật ngữ Lực Van Der Waals hay tương tác Van Der Waals để loại tương tác phân tử chúng tiếp xúc với Đặt theo tên nhà vật lí Hà Lan Johannes Diderik Van Der Waals, người giải thích chất liên kết Van Der Waals ơng đưa năm 1873 ơng cố gắng phát triển mơ hình giải thích hành vi chất lỏng cách đưa vào thuật ngữ phản ánh kích thước nguyên tử phân tử chất lỏng cường độ lực nguyên tử phân tử [1] Cũng mang chất lực hút tĩnh điện, lực Van Der Waals lực yếu phân tử Các electron liên tục quay quanh hạt nhân tình cờ chúng đến gần Sự tập trung khơng đồng điện tử làm cho bên nguyên tử tích điện âm bên kia, tạo lưỡng cực tạm thời [2] Từ lực Van Der Waals sinh lực hút lưỡng cực lưỡng cực cảm ứng (ký hiệu tương ứng p p’) nhanh chóng biến phân tử cách xa biểu diễn theo biểu thức sau: p.p ' F~ n r (n > 2) [3] Liên kết Van Der Waals tạo loại lực hút tìm hiểu phần Các loại tương tác lực Van Der Waals 2.2 Trước tìm hiểu lực hút tham gia tạo nên liên kết Van Der Waals ta cần nhắc lại số quan điểm phân cực liên kết phân tử, phần quan trọng việc tìm hiểu hình thành lực hút liên kết Van Der Waals phân cực làm cho phân tử xét trở thành lưỡng cực, lưỡng cực hút tạo thành lực Van Der Waals Sự khác biệt đủ lớn độ âm điện hai nguyên tử liên kết trực tiếp với phân tử liên kết cho có cực hay nói cách khác liên kết bị phân cực ( ) Cực liên kết biểu diễn mũi tên có dấu cộng đầu dương đầu mũi tên hướng phía đầu âm ngun tử có độ âm điện lớn Độ lớn độ phân cực liên kết đánh giá momen lưỡng cực đại lượng phụ thuộc vào yếu tố [1]: (1) Độ lớn điện tích (2) Khoảng cách cực âm cực dương Xét số ví dụ điển hình đối với: HCl; H2O • HCl Độ âm điện Cl: 3,16 độ âm điện H: 2,2 Do liên kết H-Cl xác định đầu dương H cịn âm Cl: • H2O Độ âm điện O: 3,44 độ âm điện H: 2,2 Do liên kết H-O xác định đầu dương H âm O: Cũng cần phân biệt phân cực liên kết với phân cực phân tử Các liên kết phân tử bị phân cực số trường hợp yếu tố định hướng mà vector momen lưỡng cực triệt tiêu lẫn làm cho tổng thể phân tử không bị phân cực Một cách để xác định liệu phân tử có momen lưỡng cực hay không lập tổng vector momen lưỡng cực liên kết, có tính đến độ lớn hướng chúng kết khác vector ⃗0 phân tử bị phân cực [4] Ví dụ trường hợp phân tử Methane: CH4, liên kết C – H phân cực với đầu âm nguyên tử C đầu dương nguyên tử H Nhưng yếu tố định hướng không gian mà liên kết chĩa hướng hình tứ diện làm cho tổng vector momen lưỡng cực phân từ vector ⃗0 phân tử CH4 không bị phân cực liên kết C – H phân cực Điều tương tự trường hợp CCl4; CO2; C(CH3)4; trans-dichloroethylene,… Một cách thống việc tìm hiểu lực tạo nên liên kết Van Der Waals ta quy ước lưỡng cực phân tử không phân cực sau: • Lưỡng cực: Vd: HCl, CHCl3, H2O, C2H5OH,… • Phân tử khơng bị phân cực (nhưng có liên kết phân cực): Vd: CO2, CH4, CCl4,… • Phân tử khơng bị phân cực (khơng có liên kết phân cực): Vd: Các phân tử đơn chất khí: O2, N2, H2,… 2.2.1 Lực tương tác lưỡng cực – lưỡng cực Lực tương tác lưỡng cực - lưỡng cực hay số tài liệu gọi lực định hướng Lực mô tả phân tử bị phân cực có momen lưỡng cực vĩnh viễn coi lưỡng cực Khi lưỡng cực tiến lại gần đầu trái dấu hút nhau, tạo định hướng tương đối chúng cho hệ có lượng thấp nhất, trạng thái bền Hình 1: Sự định hướng lưỡng cực Thế lực tạo tính dựa theo hệ thức Keesom [5]: U LC-LC Trong đó: 2μ =− 3r kT (*) μ : momen lưỡng cực phân tử K : số Boltzmann T : nhiệt độ tuyệt đối Kelvin r : xác định theo hình Dựa vào chất hình thành lưỡng cực, hay dựa vào hệ thức ta kết luận phân tử có momen lưỡng cực lớn lực tương tác lưỡng cực – lưỡng cực chúng mạnh Xu hướng tự xếp lưỡng cực ảnh hưởng đến tính chất vật lý, chẳng hạn điểm nóng chảy chất rắn điểm sơi chất lỏng [4] Ví dụ trường hợp đồng phân dichloroethylene: 2.2.2 Lực tương tác lưỡng cực – lưỡng cực cảm ứng Nếu tương tác lưỡng cực – lưỡng cực tương tác sinh lưỡng cực (các phân tử có momen lưỡng cực vĩnh viễn) với Thì tương tác lưỡng cực – lưỡng cực cảm ứng mô tả đơn giản phân tử không bị phân cực ( = ) đặt điện trường (có thể ion hay lưỡng cực) liên kết khơng bị phân cực phân tử không phân cực bị phân cực tạm thời, phân cực gọi phân cực cảm ứng, phân tử trở thành lưỡng cực cảm ứng Cuối cùng, lưỡng cực cảm ứng lại tương tác hút với lưỡng cực ban đầu Chính xu hướng hình thành lượng cực cảm ứng mà lực gọi lực cảm ứng Hình 2: Sự phân cực cảm ứng Thế lực tạo xác định theo cơng thức Debye [5]: U LC-LCCU Trong đó: 2αμ =− r (**) μ r : có ý nghĩa biểu thức (*) α : hệ số phân cực Do trình lưỡng cực tạo điện trường làm phân cực hóa tạm thời phân tử, nên momen lưỡng cực lưỡng cực lưỡng cực cảm ứng tạo thành sau định hướng nhỏ momen lưỡng cực ban đầu lưỡng cực gốc làm cho lực cảm ứng yếu lực định hướng Trong thực tế, lực cảm ứng thường yếu 2.2.3 Lực tương tác lưỡng cực cảm ứng – lưỡng cực cảm ứng Hai tương tác trước nhận thấy cần có lưỡng cực đề khơi mào trình tạo lực hút lượng cực – lưỡng cực hay lưỡng cực – lưỡng cực cảm ứng Vậy phân tử đơn chất khí như: O2; Br2; N2,… hay phân tử khơng phân cực như: CH4; CCl4,…thì chúng lực hút đảm bảo tương tác lưỡng cực cảm ứng – lưỡng cực cảm ứng [3] London giải thích tương tác theo quan điểm học lượng tử Chúng ta hình dung phân tử electron chuyển động liên tục, điều có nghĩa 10 có xác suất mật độ electron bị phân bố lệch phía làm cho trọng tâm điện tích âm điện tích dương khơng trùng từ tạo lưỡng cực tạm thời Lưỡng cực tạm thời tạo điện trường làm cho phân tử gần bên bị phân cực tạo thành lưỡng cực cảm ứng, lưỡng cực cảm ứng tạo thành lại lan truyền khuynh hướng phân cực hóa phân tử cạnh bên khác tạo nhiều lưỡng cực cảm ứng, sau chúng xảy tương tác hút lẫn Chính chế lan truyền mà lực tương tác lưỡng cực cảm ứng – lưỡng cực cảm ứng gọi lực khuếch tán Tuy chúng có tương tác hút lẫn nhau, định khơng có chiều cố định electron chuyển động liên tục Hình 3: Sự phân cực khuếch tán Thế tương tác xác định theo biểu thức gần London [5]: U LCCU-LCCU Trong đó: 3hν o α =− 4r (***) α r : có ý nghĩa biểu thức (*) (**) h : số Planck ν o : tần số giao động ứng với lượng điểm không phân tử Tương tác khuếch tan yếu loại lực hút lực ln xuất tiểu phân dù ion, lưỡng cực hay phân tử không phân cực Tóm lại, lực Van der Waals trường hợp chung tổng ba loại lực kể loại lực liên kết yếu Năng lượng tương tác toàn phần Utp định tổng cơng thức kể Utp mang dấu âm tương tác hút (thế năng) phân tử tạo thành liên kết Van der Waals Giá trị tuyệt đối Utp lớn lượng hệ giải phóng nhiều, trở nên cực tiểu, liên kết Van der Waals bền 11 2.2.4 Lực đẩy Van der waals Khi phân tử tiến tới gần (gần khoảng cách Van Der Waals) chúng xuất lực đẩy, gọi lực đẩy Van Der Waals Khoảng cách Van Der Waals khoảng cách gần hạt nhân của tiểu phân không tham gia liên kết với Ảnh hưởng liên kết Van Der Waals tới tính chất vật lý 2.3 chất Nhìn chung lực Van Der Waals tương tác tồn phân tử Do góp phần ảnh hưởng tới tính chất vật lý chất Khi so sánh độ lớn lực Van Der Waals với động phân tử chất, giải thích trạng thái vật lý chúng: • Khi lực Van Der Waals yếu động phân tử chất Thì phân tử chất khuếch tán tách khỏi nhau, chúng tồn trạng thái khí • Khi lực Van Der Waals mạnh ngang động phân tử chất Thì giữ phân tử chất trượt nhau, chất tồn trạng thái lỏng • Khi lực Van Der Waals đủ lớn để thắng động phân tử chất Thì phân tử chất giao động chỗ quanh vị trí cân bằng, trạng thái rắn Lực tương tác lưỡng cực cảm ứng – lưỡng cực cảm ứng ta tìm hiểu, xuất ở tiểu phân Nó sinh phân bố electron không đồng phân tử, số lượng electron yếu tố định tới độ lớn lực Càng nhiều electron lực tương tác mạnh, điều giải thích phân tử hợp chất hữu có nhiệt độ sơi nhiệt độ nóng chảy nhìn chung tăng theo chiều tăng khối lượng phân tử Ngoài ra, tương tác lưỡng cực cảm ứng – lưỡng cực cảm ứng cịn góp phần giải thích tượng đơn chất khí hóa lỏng Ở nhiệt độ thường, bromine tồn dạng lỏng, điều có nghĩa phải có lực đủ mạnh để giữ phân tử Br2 lại với nhau, lực giải thích lực tương tác lưỡng cực cảm ứng – lưỡng cực cảm ứng [1] 12 2.4 Liên kết Van Der Waals chương trình hóa học phổ thông 2.4.1 Phạm vi giảng dạy nội dung liên kết Van Der Waals trường THPT Về mặt nội dung kiến thức cần đạt sách giáo khoa tuân theo khung kiến thức cần đạt giáo dục đó: yêu cầu học sinh sau học xong bài, nêu khái niệm lực Van Der Waals ảnh hưởng lực tới nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sơi chất 2.4.2 Các giải pháp nâng cao chất lượng giảng dạy nội dung liên kết Van Der Waals trường THPT - Giáo viên cần tìm hiểu kỹ, nắm nội dung lý thuyết từ tạo tự tin việc giảng dạy - Tìm tịi, nghiên cứu phương pháp dạy học tích cực như: ứng dụng cơng nghệ thông tin việc mô tương tác lực Van Der Waals giúp học sinh có nhìn trực quan kiến thức Tổ chức hoạt động thảo luận nhóm cho học sinh làm việc tìm hiểu kiến thức nhỏ từ mở rộng, làm rõ vấn đề - Trong trình dạy học, cần đưa nhiều vụ dụ gần gũi, mà học sinh dễ dàng liên tưởng, liên hệ với kiến thức học - Soạn tập chi tiết rõ ràng, sát với nội dung kiến thức học sinh học - Dặn dò kỹ lưỡng học sinh việc tự học, tìm hiểu trước nhà 2.5 Bài tập tham khảo Bài 1: giải thích biến đổi nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sơi đồng phân pentane Đồng phân N - pentane Isopentane Neopentane ( o C) -130 -160 -16,5 ( o C) 36 28 9,5 Nhiệt độ t t o nc o s Giải 13 N – pentane Isopentane Neopentane Tính chất vật lý đồng phân pentane giải thích dựa vào tương tác Van Der Waals Nhiệt độ nóng chảy tăng dần từ: N – pentane → isopentane → neopentane Là trạng thái rắn phân tử xếp theo trật tự định Phân tử tiệm cận hình cầu độ xít chặt cao, từ mà khoảng cách phân tử gần làm tăng lực Van Der Waals mà nhiệt độ nóng chảy theo tăng theo Nhiệt độ sơi giảm theo chiều từ: N – pentane → isopentane → neopentane Vì dạng lỏng, phân tử khơng xếp chặt rắn, chúng chuyển động trượt tương đối hỗn loạn Khi nhiệt độ cao tiệm cận độ sơi, coi khoảng cách giửa phân tử đồng phân pentane nhau, diện tích tiếp xúc hình cầu (neopentane) nhỏ lực Van Der Waals tương tác phân tử neopentane nhỏ nhiệt độ sơi thấp isopentane N – pentane Bài 2: Trong nguyên tử khí Ne, Xe, Ar, Kr đâu chất có nhiệt độ sơi cao giải thích? Giải Xe khí có nhiệt độ sơi cao Điều giải thích trạng thái lỏng chất có kích thước ngun tử lớn tương tác Van Der Waals mạnh, mà Xe khí có nhiệt độ sơi cao khí Nội dung liên kết hydrogen 3.1 Bản chất liên kết hydrogen Nguyên tử hydrogen liên kết trực tiếp với nguyên tử khác (ký hiệu nguyên tử A) có độ âm điện lớn, liên kết A – H bị phân cực mạnh phía A, nhiên 14 chưa phá vỡ liên kết hay khiến liên kết mang chất liên kết ion Khi nguyên tử hydrogen gần trở thành “proton trần”, điều khiến dễ bị hút lực hút tĩnh điện phía ngun tử khác có độ âm điện lớn cịn cặp electron hóa trị chưa liên kết (ký hiệu nguyên tử B) Khi đó, liên kết yếu nguyên tử hydrogen với nguyên tử B hình thành Đó liên kết hydrogen Liên kết hydrogen định nghĩa loại liên kết yếu hình thành nguyên tử hydrogen tham gia liên kết cộng hóa trị với nguyên tố khác có độ âm điện lớn lại tham gia tương tác với nguyên tử khác có độ âm điện lớn cặp electron chưa tham gia liên kết Qúa trình mơ tả sau: Trong đó: A: Là nguyên tố có độ âm điện lớn bán kính nhỏ B: Là nguyên tố có độ âm điện lớn cịn cặp e hóa trị chưa chia X Y: Là phần lại phân tử XA – H : Gọi hợp phần cho (H) B – Y : Gọi hợp phần nhận (H) Nếu coi liên kết hydrogen liên kết hóa học, điều khơng phù hợp với hóa trị hydrogen, có quan điểm cho liên kết hydrogen mang chất lực hút tĩnh điện Tuy nhiên tính tốn kỹ càng, người ta nhận thấy mang phần tính chất cộng hóa trị Điều thực tranh luận [6] Các yếu tố ảnh hưởng tới độ bền liên kết Hydrogen 3.2 Có nhiều yếu tố chi phối độ bền liên kết hydrogen, kể tới: • Yếu tố định hướng: Khi nguyên tử A, H, B nằm đường thẳng liên kết hydrogen mạnh • Độ âm điện A B lớn liên kết hydrogen mạnh • Loại liên kết hydrogen hình thành: Liên kết hydrogen nội phân tử bền liên kết hydrogen liên phân tử (sẽ tìm hiểu mục 3.3) • Các ảnh hướng từ loại hiệu ứng phần lại phân tử định 15 Phân loại liên kết Hydrogen 3.3 3.3.1 Liên kết Hydrogen liên phân tử Liên kết hydrogen liên phân tử tạo nên hợp phần cho hợp phần nhận riêng phân tử (giống khác nhau) Ví dụ biểu diễn liên kết hydrogen liên phân tử • Liên kết hydrogen phân tử nước: • Liên kết hydrogen phân tử ammonia: • Liên kết hydrogen alcohol nước: 3.3.2 Liên kết Hydrogen nội phân tử Liên kết hydrogen nội phân tử tạo nên hợp phần cho hợp phần nhận nằm phân tử Khi đó, hợp phần cho nhận phải nằm vị trí cho ngun tử H tiếp cận với orbital chứa đôi electron chưa chia B Thường q trình tạo thành vịng 5, cạnh cạnh số trường hợp Ví dụ biểu diễn liên kết hydrogen nội phân tử: 16 Do liên kết hydrogen nội phân tử bền liên kết hydrogen liên phân tử tạo liên kết hydrogen nội phân tử hợp phần cho nhận phân tử có khuynh hướng khơng tạo thêm liên kết hydrogen liên phân tử Điều gây ảnh hưởng tới tính chất vật lý chất tạo liên kết hydrogen 3.4 Ảnh hưởng liên kết Hydrogen tới tính chất vật lý chất Liên kết hydrogen mạnh liên kết Van Der Waals, hợp chất tạo nhiều liên kết hydrogen liên phân tử với phân tử khác làm cho nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sơi cao chất không tạo liên kết hydrogen với phân tử khác Do liên kết hydrogen nội phân tử bền nên hợp phần cho nhận có khuynh hướng khơng tạo thêm liên kết hydrogen liên phân tử, điều vơ hình chung phạm vi liên kết yếu tìm hiểu nguyên tử tự tạo liên kết hydrogen nội phân tử cịn chịu tương tác Van Der Waals Do nhiệt độ sơi, nhiệt độ nóng chảy chất tạo liên kết hydrogen nội phân tử thấp chất tạo liên kết hydrogen liên phân tử Ngồi việc tạo thành liên kết hydrogen cịn giải thích khả hịa tan vơ hạn alcohol vào nước Hay số trường hợp hòa tan chất lỏng vào nhau, chất lòng tạo liên kết hydrogen với tan tốt vào Dựa vào liên kết hydrogen ta giải thích tính chất dị thường nước đá Ở trạng thái rắn, nước đá cứng nhẹ nước lỏng tích lớn so với trạng thái lỏng Điều giải thích trạng thái rắn, nước đá có cấu trúc tinh thể phân tử với bốn nguyên tử nước đỉnh tứ diện đều, bên rỗng Điều giải thích nước đá lại nhẹ nước lỏng, đơn vị khối lượng nước đá tích lớn (do tồn dạng tinh thể phân tử) nên khối lượng riêng nước đá nhỏ nước lỏng, mà mặt nước Giải thích cho việc phân tử nước tạo liên kết với phân tử nước khác, ta cần xét số lượng hợp phần cho nhận phân tử nước Mỗi phân tử nước có nguyên tử H liên kết với O cặp e riêng, nguyên tử H hay cặp e riêng O tạo liên kết hydrogen với phân tử khác nên phân tử nước tạo liên kết hydrogen với phân tử nước khác 17 Hình 4: Cấu tạo tứ diện tinh thể nước đá 3.5 Liên kết Hydrogen chương trình hóa học phổ thơng 3.5.1 Phạm vi giảng dạy nội dung liên kết Hydrogen trường THPT Nội dung liên kết hydrogen chương trình giáo dục phổ thơng giới hạn việc trình bày khái niệm, vận dụng giải thích hình thành liên kết hydrogen với số nguyên tố có độ âm điện lớn N, O, F Biểu diễn công thức tạo thành liên kết hydrogen phân tử Và vận dụng giải thích tính chất vật lý nước Nhìn chung nội dung kiến thức tập chung phần bản, chưa sâu vào giải thích nhiều tính chất vật lý phức tạp 3.5.2 Các giải pháp nâng cao chất lượng giảng dạy nội dung liên kết Hydrogen trường THPT - Giáo viên cần tìm hiểu kỹ, nắm nội dung lý thuyết từ tạo tự tin việc giảng dạy - Trong hoạt động dạy hình thành liên kết hydrogen giáo viên cần làm mẫu lưu ý cho học sinh ký hiệu, điều kiện,… - Tạo điều kiện cho học sinh tự tay biểu diễn hình thành liên kết hydrogen, từ tạo phản xạ việc xác định chất có khả tạo liên kết hydrogen với - Trong trình dạy học, cần đưa nhiều vụ dụ gần gũi, mà học sinh dễ dàng liên tưởng, liên hệ với kiến thức học - Soạn tập chi tiết rõ ràng, sát với nội dung kiến thức học sinh học - Dặn dò kỹ lưỡng học sinh việc tự học, tìm hiểu trước nhà 3.6 Bài tập tham khảo 18 Bài 1: a/ biểu diễn liên kết hydrogen methanol phenol b/ dung dịch phenol methanol có loại liên kết hydrogen nào? loại liên kết bền bền Giải Câu a: Liên kết hydrogen methanol Liên kết hydrogen phenol Câu b: Có kiểu liên kết hydrogen sau Loại 1: Phenol – methanol: Loại 2: Phenol – phenol: Loại 3: Methanol – phenol: Loại 4: Methanol – menthanol: Sắp xếp theo chiều tăng dần độ mạnh liên kết hydrogen: < 2, < Bài 2: So sánh nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi độ tan nước 4-hydroxybenzoic acid, benzoic acid, 2-hydroxybenzoic acid Giải thích? Giải 19 benzoic acid (1) 2-hydroxybenzoic acid (2) 4-hydroxybenzoic acid (3) Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sơi độ tan giảm từ (3) > (1) > (2) Nhìn chung coi khối lượng phân tử không thay đổi nhiều Do cấu trúc (3), phân tử tạo nhiều liên kết hydrogen liên phân tử với nhiều nguyên tử khác so với (1) Trong (2) lại có xu hướng tạo liên kết hydrogen nội phân tử, mà việc tạo liên kết hydrogen liên phân tử với nguyên tử khác bị hạn chế, nên có nhiệt độ sơi nhiệt độ nóng chảy độ tan thấp Bài 3: Cho chất lỏng sau: C2H5OH, C2H5OC2H5, CH3COCH3, C6H5CHO, C6H5NH2, C6H5F a/ Những chất tạo liên kết hydrogen với methanol? b/ Những chất tạo liên kết hydrogen với acetone? Giải Câu a: Do CH3OH có hợp phần cho hợp phần nhận tất chất có hợp phần, tạo liên kết hydrogen với CH3OH Câu b: Do acetone có hợp phần nhận tạo liên kết hydrogen với chất có hợp phần cho: C2H5OH; C6H5NH2 20 KẾT LUẬN Liên kết yếu nội dung kiến thức thú vị thực tiễn áp vào chương trình giáo dục phổ thông Việc giảng dạy giúp học sinh nắm kiến thức liên kết yếu giúp em học sinh giải thích tượng gần quen thuộc đời sống thường ngày có số lỏng trộn vào có số tan vào nhau, cịn số khơng, điều giải thích chúng có tạo thành liên kết hydrogen liên phân tử với hay khơng Hay nhóm halogen Fluorine Chlorine tồn trạng thái khí Bromine trạng thái lỏng cịn Iodine tồn trạng thái rắn Điều giải thích tương tác Van Der Waals phân tử X2, tương tác lớn động phân tử X2 chúng tồn trạng thái rắn trường tương tác Van Der Waals yếu động phân tử tồn trạng thái khí Ngồi ra, tìm hiểu sâu lực tương tác yếu giúp học sinh khám phá giới quan tự nhiên thơng qua việc giải thích thằn lằn lại bám tường kính, hay nhện nước lại nước được,… Việc dạy nội dung liên kết yếu cho học sinh vơ quan trọng, việc trang bị kiến thức chuẩn bị kỹ lưỡng cho tiết dạy quan trọng không Bài tiểu luận mang tính chất đóng góp mặt lý thuyết nêu vài quan điểm việc nâng cao chất lượng giảng dạy phần liên kết yếu với mong muốn làm phong phú nguồn tài liệu tham khảo cho giáo viên phổ thông học sinh việc tìm hiểu nội dung lý thuyết liên kết yếu Bài tiểu luận trình thực chỗ chưa thể làm rõ, mong quý thầy bạn đọc đóng góp ý kiến, từ giúp cải thiện tài liệu trở thành nguồn tham khảo đáng tin cậy 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] J N Spencer, G M Bodner, and L H Rickard, Chemistry: Structure and Dynamics, 5th Edition John Wiley & Sons, Inc., 2010 [2] T Bätge, General Chemistry Wikibooks, 2012 [3] N H Đĩnh and Đ Đ Rãng, “Liên kết biến đổi liên kết hợp chất hữu cơ,” in Hóa học Hữu 1, Hà Nội: Nhà xuất giáo dục Việt Nam, 2003, pp 72–73 [4] R H Petrucci, F G Herring, J D Madura, and C Bissonnette, “Intermolecular Forces: Liquids and Solids,” in General Chemistry: Principles and Modern Applications - 11th Edition, Pearson Canada Inc, 2016, p 517 [5] T T Huế, “Đại cương liên kết hóa học,” in Hóa học đại cương 1: Cấu tạo chất, T T Huế, Ed Hà Nội: Nhà xuất Đại học Sư phạm, 2013, p 245 [6] E Arunan et al., “Definition of the hydrogen bond (IUPAC Recommendations 2011),” Pure Appl Chem., vol 83, no 8, pp 1637–1641, Jul 2011, doi: 10.1351/PAC-REC-10-01-02/MACHINEREADABLECITATION/RIS ... chưa liên kết (ký hiệu nguyên tử B) Khi đó, liên kết yếu nguyên tử hydrogen với nguyên tử B hình thành Đó liên kết hydrogen Liên kết hydrogen định nghĩa loại liên kết yếu hình thành nguyên tử hydrogen. .. liên kết hydrogen liên phân tử • Liên kết hydrogen phân tử nước: • Liên kết hydrogen phân tử ammonia: • Liên kết hydrogen alcohol nước: 3.3.2 Liên kết Hydrogen nội phân tử Liên kết hydrogen nội phân... bền liên kết Hydrogen 14 3.3 Phân loại liên kết Hydrogen 15 3.3.1 Liên kết Hydrogen liên phân tử 15 3.3.2 Liên kết Hydrogen nội phân tử 15 3.4 Ảnh hưởng liên kết