chương 4 liên kết hóa học và cấu tạo phân tử phương pháp orbital phân tử

Chương 4: LIÊN KẾT HÓA HỌC VÀ CẤU TẠO PHÂN TỬ PHƯƠNG PHÁP ORBITAL PHÂN TỬ PHƯƠNG PHÁP ORBITAL PHÂN TỬ (MO) • Phương pháp hai nhà bác học Friedrich Hund Robert S Mulliken đưa (1927-1928) Khởi điểm khảo sát với trường hợp ion H2+ thay H2 phân tử • Trong trường hợp hàm số sóng xác định sau: • Ψ[H2+]= C1Ψa+ C2Ψb • Giải phương trình sóng Schrodinger cho hai lời giải: • C1=C2 C1=-C2 PHƯƠNG PHÁP ORBITAL PHÂN TỬ (MO) • Tức ta có: • ΨS = CS(Ψa+ Ψb), hàm sóng biểu diễn OP liên kết • ΨA = CA(Ψa - Ψb), hàm sóng biểu diễn OP phản liên kết • OP liên kết có lượng thấp OP phản liên kết Các luận điểm sở phương pháp MO •Phân tử tổ hợp bao gồm hạt nhân ng tử electron ng tử, electron chuyển động trường hạt nhân electron lại Các hạt nhân electron chung phân tử •Trong phân tử, electron phân bố theo quy luật giống AO •MO tạo thành tổ hợp tuyến tính AO Số MO tạo thành số AO Các luận điểm sở phương pháp MO •Sự tổ hợp tuyến tính + ON  tạo thành MO liên kết có lượng thấp ON ban đầu •Sự tổ hợp tuyến tính - ON  tạo thành MO phản liên kết có lượng cao ON ban đầu •EOP liên kết < Exuất phát < EOP phản liên kết •Ví dụ: AO + AO → MO liên kết (σ, π…), EMO < EAO AO - AO → MO phản liên kết (σ* ,π* …), E MO* > EAO AO → MO không liên kết (σ0, π0 …), EMOo = EAO SỰ TẠO THÀNH MO Các luận điểm sở phương pháp MO • Liên kết phân tử xác định số e liên kết không bị triệt tiêu e phản liên kết (một e phản liên kết triệt tiêu e liên kết) • Bậc liên kết = [∑elk - ∑eplk]/2 • Liên kết có tên gọi OP chứa elk không bị triệt tiêu ĐIỀU KIỆN TẠO THÀNH MO •Các MO phải gần lượng •Các MO phải che phủ đáng kể •Các MO phải đối xứng đường liên kết phân tử •Mỗi MO chứa tối đa e có spin đối CÁC ĐẶC TRƯNG LIÊN KẾT MO  Lk định e lk mà không bị triệt tiêu  Một bậc lk ứng với cặp e lk không bị triệt tiêu  Cho lk tâm: Bậc lk  Tên lk gọi tên cặp e lk không bị triệt tiêu  Bậc lk tăng lượng lk tăng cịn độ dài lk giảm PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II Khi mức lượng 2s 2p cách xa (s p ảnh hưởng yếu, nguyên tố cuối chu kỳ có độ âm điện lớn, O, F Ne) OP phân bố theo chiều tăng dần lượng sau PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II Ví dụ: phân tử O2 O: 2s2 2p4 PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II • Đối với nguyên tố đầu chu kỳ, lượng 2s 2p gần (s p ảnh hưởng mạnh) độ âm điện nhỏ, OP phân bố sau: PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II Ví duï:Li2 Li: 1s2 2s1 PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II Ví dụ:Nitrogen, N2 PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II Ví duï: C2 C: 1s2 2s22p2 PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II MO Li2 Be2 Tổng số e σ 2px* 6(2)  8(4)  π 2py*, π 2pz* σ 2px π 2py, π 2pz σ 2s* B2 C2 N2 N2+ 10(6) 12(8) 14(10) 13(9)                ↑↓ ↑     ↑ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓  ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ σ 2s ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ σ 1s* ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ σ 1s ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ Bậc liên kết Chiều dài lk (A0) NL liên kết 2,67 105 – – 1,59 289 1,24 599 1,10 940 2,5 1,12 828 PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II Nhận xét Tăng e hóa trị → tăng bậc liên kết lượng liên kết, giảm chiều dài liên kết dãy B2 - C2 – N2, việc tăng e hóa trị vào OP liên kết Ngược lại dãy O2 – F2 – Ne2, tăng e hoá trị điền vào OP phản liên kết phân tử khí trơ số electron liên kết số electron phản liên kết nên phân tử khí trơ tồn điều kiện bình thường PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II • Từ tính – Chất thuận từ phân tử có chứa e độc thân (do e tạo từ trường chuyển động) – Chất có hai e ghép đôi hai e sinh từ trường ngược (do spin ngược nhau) dẫn đến triệt tiêu dẫn đến nghịch từ • Màu sắc – Các electron bị kích thích chuyển từ OP sang OP khác có lượng cao hơn, chuyển kèm theo hấp thụ lượng tương ứng với bước sóng υ(A0) ứng với tia đơn sắc → tạo màu – Ví dụ: Có màu tím electron chuyển từ π* sang σ* ứng với υ=5200 A0, tức vàng – lục – tím PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II • Công thức electron phân tử theo phương pháp MO, biểu diễn đơn giản sau: ( ) (σ ) (π ) (σ )    N2 :  σs   lk plk s lk y ,z ( ) (σ ) (σ ) (π ) (π lk F2 :  σ s   plk s lk x x lk y ,z lk )   plk y ,z PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II • Các phân tử cấu tạo từ hai nguyên tử khác chu kỳ – Cũng giống trên, nhiên cách biệt lượng ON s p nguyên tử giảm nên ta dùng trường hợp nguyên tử đầu chu kỳ – Ví dụ: Xét trường hợp CO, CN, CN– NO+, NO, NO– – Do cấu trúc xếp 10e hóa trị CO giống N2 nên chúng có nhiều đặc trưng lý hóa giống AO B PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II MO BN AO N 2p 2p 2s 2s 1s nonbonding 1s PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II Ví dụ: CH4 ... chu kỳ I •Các phân tử hai nguyên tử loại ng tố chu kỳ II •Các phân tử hai nguyên tử khác loại ng tố chu kỳ II •Các phân tử nhiều nguyên tử PHƯƠNG PHÁP ORBITAL PHÂN TỬ (MO) PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ... dài liên kết dãy B2 - C2 – N2, việc tăng e hóa trị vào OP liên kết Ngược lại dãy O2 – F2 – Ne2, tăng e hoá trị điền vào OP phản liên kết phân tử khí trơ số electron liên kết số electron phản liên. .. AO → MO phản liên kết (σ* ,π* …), E MO* > EAO AO → MO không liên kết (σ0, π0 …), EMOo = EAO SỰ TẠO THÀNH MO Các luận điểm sở phương pháp MO • Liên kết phân tử xác định số e liên kết không bị