20013326 đinh văn hưng hóa lí

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC TIỂU LUẬN KẾT THÚC HỌC PHẦN “HĨA LÍ” Số tín chỉ: 03 Giảng viên: TS Nguyễn Hồng Trang Sinh viên: Đinh Văn Hưng Mã sinh viên: 20013326 Lớp: Liên thơng KHTN Khóa học: QH-2020-S Hà Nội, tháng 10 năm 2022 ĐỀ BÀI Nội dung thuyết liên kết cộng hóa trị Lewis, thuyết liên kết ion Kossel, thuyết xen phủ orbitan nguyên tử, thuyết orbitan phân tử Hãy liên hệ với thực tế dạy học môn KHTN cấp THCS nêu số khó khăn, thuận lợi dạy học phần liên kết hóa học BÀI LÀM I Thuyết liên kết cộng hóa trị Lewis Khái quát Là loại liên kết cặp electron chung hình thành nguyên tử giống hay không khác nhiều độ âm điện Chúng sử dụng electron làm thành cặp electron dùng chung cho nguyên tử, chúng có cấu hình bền vững khí hiếm, liên kết gọi liên kết cộng hoá trị - cặp electron dùng chung tạo thành liên kết Vậy liên kết cộng hoá trị liên kết cặp electron chung Ví dụ: H + H = H : H hay H – H * Phân loại liên kết: - Nếu hai nguyên tử có độ âm điện nhau, cặp electron liên kết nằm giữa, ta có liên kết cộng hố trị khơng cực Ví dụ Cl : Cl - Nếu hai nguyên tử có độ âm điện khác nhau, cặp electron liên kết nằm lệch phía ngun tử có độ âm điện lớn hơn, ta có liên kết cộng hố trị phân cực Ví dụ H :Cl - Nếu cặp electron chung liên kết hai nguyên tử đưa nguyên tử dùng chung: Đó hình thành liên kết phối trí Mỗi cặp electron dùng chung ký hiệu vạch ngang gọi vạch hoá trị Điều kiện tạo thành liên kết Độ âm điện nguyên tử tham gia liên kết phải khác nhiều (hiệu số độ âm điện < 2) Đặc điểm liên kết - Liên kết cộng hóa trị liên kết có hướng - Có tính bảo hồ - Liên kết bền liên kết ion Hoá trị nguyên tố hợp chất cộng hoá trị - Là số liên kết hình thành một nguyên tử nguyên tố với nguyên tử khác phân tử Ví dụ: Trong hợp chất: CO2; NH3; HCl, clo hydro có hố trị I, oxi có hố trị II, nitơ có hố trị III cacbon có hố trị IV - Thuyết Lewis giải thích đơn giản, dễ hiểu tạo thành liên kết nguyên tử phân tử, giải thích trạng thái hố trị ngun tố hợp chất Tuy nhiên thuyết gặp số hạn chế khơng giải thích từ tính số chất II Thuyết liên kết ion Kossel - Là lực hút tĩnh điện ion trái dấu ( thường hình thành kim loại điển hình với phi kim điển hình) - Giải thích: Phân tử hợp chất hóa học tạo nên nhờ chuyển electron hóa trị từ nguyên tử sang nguyên tử + Nguyên tử electron biến thành ion dương ( Gọi cation) + Nguyên tử thu electron biến thành ion âm (Gọi anion) - Sau ion mang điện tích ngược dấu hút lại gần nhau, đến gần ion xuất lực đẩy sinh tương tác vỏ electron ion Lực đẩy tăng lên ion gần nhau, đến lúc lực đẩy lực hút, ion dừng lại cách khoảng định, liên kết ion hình thành VD: Quá trình hình thành phân tử NaCl + Nguyên tử Na (Z=11): [Ne]3s1 + Nguyên tử Cl ( Z = 17): [Ne]3s23p5 + Na – 1e- → Na+ (Cation) + Cl + 1e- → Cl- (Anion) - Sau Na electron biến thành Na + bán kính nhỏ cịn Cl nhận electron biến thành Cl- bán kính lớn so với trạng thái nguyên tử trung hòa Hai ion Na+ Cl- hút lực hút tĩnh điện, chúng tiếp xúc khoảng cách tổng bán kính hai ion - Hạn chế: Khơng giải thích tạo thành số lớn phân tử tạo nên nguyên tử nguyên tố Cl2, H2…hoặc nguyên tố gần giống SO2, CO2… III Thuyết xen phủ orbitan nguyên tử - Sự xen phủ cực đại obitan nguyên tử cho ta đoán nhận đắn cấu tạo hình học phân tử đơn giản - Đối với nhiều trường hợp, ta cần phải mở rộng quan niệm xen phủ giải thích cấu tạo thực phân tử phù hợp với kiện thực nghiệm Vì ta cần xét đến khái niệm lai hóa - Sự lai hóa: Các obitan khác loại tham gia liên kết tổ hợp để tạo nên obitan đờng dạng có lượng tương đương định hướng theo phương xác định tạo liên kết theo quy tắc xen phủ cực đại Các obitan tạo thành gọi obitan lai hóa có mật độ electron lớn hướng tạo liên kết, mật độ electron nhỏ hướng khơng tạo liên kết Số obitan lai hóa số obitan tham gia tổ hợp Các obitan lai hóa chỉ tạo liên kết σ (xích ma) * Các kiểu lai hóa obitan ns np: a) Lai hóa sp3: - Một obitan ns tổ hợp với obitan np tạo thành obitan lai hóa sp hướng tới đỉnh hình tứ diện đều, tạo thành góc obitan lai hóa 109 o28’ Ví dụ: CH4, NH3, H2O, Chú ý: Nguyên tử O lai hóa sp3 (lai hóa tứ diện) phân tử H 2O có cấu trúc góc có hai liên kết Nguyên tử N lai hóa sp (lai hóa tứ diện) phân tử NH3 có cấu trúc tam giác tháp, N có liên kết với nguyên tử H b) Lai hóa sp2: - Một obitan ns tổ hợp với obitan np tạo thành obitan lai hóa sp hướng tới đỉnh tam giác đều, tạo thành góc obitan lai hóa 120o Ví dụ: BCl3, BF3, AlCl3, C2H4, C6H6, c) Lai hóa sp: - Một obitan ns tổ hợp với obitan np tạo thành obitan lai hóa sp nằm đường thẳng, tạo thành góc obitan lai hóa 180o Ví dụ: BeCl2, MgCl2, BeH2, C2H2, * Dự đoán kiểu lai hóa: Người ta dự đốn kiểu lai hóa từ công thức phân tử hợp chất Đặt “n = tổng số nguyên tử liên kết trực tiếp với nguyên tử X (nguyên tử trung tâm) phân tử + số cặp electron hóa trị X chưa tham gia liên kết” - Nếu n = 2: Các obitan hóa trị X có lai hóa sp - Nếu n = 3: Các obitan hóa trị X có lai hóa sp2 - Nếu n = 4: Các obitan hóa trị X có lai hóa sp3 IV Thuyết orbitan phân tử (phương pháp MO) - Thuyết VB (obitan nguyên tử) cho hình ảnh cụ thể định tính, định lượng hình thành liên kết cộng hóa trị, giải thích số đặc tính liên kết cộng hóa trị hóa trị ngun tố, tính định hướng liên kết cộng hóa trị, cấu hình lập thể phân tử, độ bền phân tử, bậc liên kết, lượng liên kết - Tuy nhiên thuyết VB không giải thích hình thành hệ mà liên kết tạo số lẻ electron, cặp electron Chẳng hạn ion H2+, - Ngoài thuyết VB cịn gặp khó khăn giải thích q trình ion hóa phân tử, quang phổ phân tử phân tử bị kích thích, tính chất từ phân tử, - Do hạn chế thuyết VB nên xuất trường phái khác xuất phát từ phương pháp học lượng tử giải thích chất liên kết cộng hóa trị Đó phương pháp tổ hợp tuyến tính obitan phân tử, gọi phương pháp LCAO (gọi tắt thuyết MO) 1) Luận điểm bản thuyết MO Có thể tóm tắt nội dung thuyết MO thành luận điểm sau: - Liên kết cộng hóa trị hình thành phân bố electron hóa trị nguyên tử tham gia liên kết MO Các MO tạo từ tổ hợp tuyến tính AO, số AO tổ hợp - Tùy thuộc điều kiện tổ hợp tạo nên: + MO liên kết có lượng thấp lượng AO tổ hợp + MO phản liên kết có lượng cao lượng AO tổ hợp + MO khơng liên kết có lượng lượng AO tổ hợp Elk(cộng hóa trị) = EAO - EMolk - Điều kiện tạo thành MO liên kết: + Các AO tham gia tổ hợp phải có lượng tương đương + Các AO phải có khả xen phủ cực đại + Các AO phải tính chất đối xứng với trục liên kết dấu xen phủ - Tùy theo tính đối xứng MO trục liên kết khả tổ hợp AO tạo thành MO xích ma (σ), MO pi (π), MO denta (δ), ), MO denta (δ), ), Các MO có dạng liên kết, phản liên kết, khơng liên kết - Sự phân bố electron hóa trị MO tuân theo nguyên lý Pauli qui tắc Hund dãy thứ tự lượng MO σ1s < σ*1s < σ2s < σ*2s < σ2px < π), MO denta (δ), 2py = π), MO denta (δ), 2pz < π), MO denta (δ), *2py = π), MO denta (δ), *2pz < σ*2px 2) Phương pháp tở hợp tuyến tính AO Xét phân tử gồm hai nguyên tử - Khi electron chuyển động gần nguyên tử 1, chịu tác động chủ yếu nguyên tử 1, đặc trưng hàm sóng Ψ đờng thời chịu tác động nguyên tử nên phải có hệ số bổ sung vào biểu thức xác định MO, tương tự với nguyên tử ta có Ψ2 - MO coi tổ hợp tuyến tính Ψ1 : Ψ = C1 Ψ1 + C2 Ψ2 (C1, C2 hệ số bổ sung , hệ số tỉ lệ) - Giải phương trình Schrodinger ta tìm E, Ψ - Vì nguyên tử phân tử giống nhau, lúc tổ hợp n AO cho n/2 MO liên kết có lượng thấp lượng AO đem tổ hợp n/2 MO phản liên kết (kí hiệu MO *) có lượng cao lượng AO đem tổ hợp V Hãy liên hệ với thực tế dạy học môn KHTN cấp THCS BÀI 6: GIỚI THIỆU VỀ LIÊN KẾT HÓA HỌC I Mục tiêu học Kiến thức – Nêu mơ hình sắp xếp electron vỏ nguyên tử số ngun tố khí – Nêu hình thành liên kết cộng hoá trị theo nguyên tắc dùng chung electron để tạo lớp vỏ electron nguyên tố khí (Áp dụng cho phân tử đơn giản H2, Cl2, NH3, H2O, CO2, N2,….) - Nêu được hình thành liên kết ion theo nguyên tắc cho nhận electron để tạo ion có lớp vỏ electron nguyên tố khí (Áp dụng cho phân tử đơn giản NaCl, MgO,…) - Sử dụng hình ảnh tạo thành phân tử qua loại liên kết ion, cộng hóa trị - Xác định Sự khác số tính chất hợp chất ion hợp chấtc hóa trị Năng lực 2.1 Năng lực chung - Chủ động thực công việc thân học tập - Lựa chọn lưu giữ thông tin ghi chép, tóm tắt nội dung - Sử dụng ngơn ngữ viết kí hiệu, tìm kiếm thông tin, đọc sách giáo khoa, quan sát tranh ảnh để tìm hiểu liên kết hóa học - Hợp tác với bạn cách tích cực hồn thành nhiệm vụ nhóm 2.2 Năng lực khoa học tự nhiên - Nêu khái niệm liên kết hóa học - Trình bày số electron lớp ngồi khí hiếm, hình thành liên kết ion, liên kết cọng hóa trị - Xác định nguyên tử lại liên kết với - Thực hoạt động làm việc cá nhân, hoạt động nhóm, trị chơi học tập, học sinh tìm tịi, khám phá khái niệm hình thành liên kết ion, liên kết cộng hóa trị - Vận dụng kiến thức kĩ năng, kĩ học để xác định hình thành liên kết ion, liên kết cộng hóa trị Phẩm chất Thơng qua thực học tạo điều kiện để học sinh: - Luôn cố gắng để đạt kết hoạt động học tập - Trung thực, cẩn thận thực hành, ghi chép kết qua hình ảnh tranh vẽ hình thành phân tử thơng qua liên kết hóa học - Thích đọc tìm kiếm tư liệu mạng nguồn khác để mở rộng hiểu biết II Khái quát tiến trình dạy học Mở đầu Quan sát mơ hình (hoặc hình ảnh) đơn chất hợp chất trả lời câu hỏi sau: (a) Ne (b) O2 (c) NaCl 1/ Hình đơn chất? Hợp chất? 2/ Khi tạo thành đơn chất, hợp chất số electron lớp nguyên tố bao nhiêu? 3/ Khi nguyên tử kết hợp với thứ giữ nguyên tử lại với dạng “kết hợp”? Có dạng “kết hợp” nguyên tử? * Tổ chức thực hiện: - Giao nhiệm vụ học tập: Quan sát mơ hình (hoặc hình ảnh) đơn chất hợp chất trả lời câu hỏi 1, 2, phiếu học tập * Kết luận: Khi nguyên tử đứng mình, khơng “kết hợp” (đó ngun tử khí hiếm) Hầu hết ngun tử tờn dạng “kết hợp” Các nguyên tử “giống nhau” (các nguyên tử nguyên tố hoá học) kết hợp với tạo nên đơn chất Các nguyên tử “khác nhau” (các nguyên tử không thuộc nguyên tố hoá học) kết hợp với tạo nên hợp chất Khi tạo thành đơn chất, hợp chất số electron lớp nguyên tố electron Khi nguyên tử kết hợp với thứ giữ nguyên tử lại với dạng “kết hợp” electron lớp chúng góp chung electron gọi liên kết cộng hóa trị nhường, nhận electron gọi liên kết ion Vậy để tìm hiểu kỹ kết hợp nguyên tử ( hay liên kết hóa học) ta tìm hiểu cấu trúc, hình thành đơn chất hợp chất sau: Cấu trúc electron bền vững khí Thảo luận cặp đơi PHIẾU HỌC TẬP SỐ Biết mơ hình sắp xếp electron vỏ nguyên tử khí sau: Dựa vào sách giáo khoa trả lời câu hỏi sau? 1/ Các mơ hình He, Ne, Ar có lớp electron, số electron lớp? Xác định lớp ngồi có electron để đạt cấu hình bền vững? 2/ Giải thích ngun tố khí tờn dạng đơn nguyên tử bền vững? 3/ Giải thích ý tưởng sao: Helium trơ, khó cháy hay nổ, sử dụng để bơm vào kinh khí cầu thay cho hydrogen Vì hydrogen dễ gây cháy nổ * Kết luận, nhận định: - He có electron lớp vỏ ngồi - Ne có electron lớp vỏ ngồi - Ar có electron lớp vỏ - Ở điều kiện thường khí tờn dạng đơn ngun tử có lớp electron lớp ngồi bền vững, khó bị biến đổi hóa học Lớp electron ngồi chúng chứa electron ( trừ He chứa electron) - Nguyên tử nguyên tố khác có xu hướng tham gia liên kết hóa học để đạt lớp electron ngồi giống khí cách nhường, nhận hay dùng chung electron Liên kết ion Thảo luận nhóm PHIẾU HỌC TẬP SỐ Hình 6.2: Sơ đờ mơ tả hình thành liên kết ion phân tử NaCl Quan sát hình 6.2 trả lời câu hỏi sau: 1/ Giải thích hình thành phân tử sodium chloride (NaCl)? 2/ Nêu khái niệm liên kết ion? 3/ Giải thích kí hiệu viết Na, Cl, Na+, Cl-? Để tạo Na+ nguyên tử Na nhường hay nhận electron? Để tạo Cl- nguyên tử Cl nhường hay nhận electron? * Kết luận, nhận định: + Khi kim loại tác dụng với phi kim, nguyên tử kim loại nhường electron cho nguyên tử phi kim Nguyên tử kim loại trở thành ion dương nguyên tử phi kim trở thành ion âm + Các ion dương âm hút tạo thành liên kết hợp chất ion Vậy liên kết ion liên kết hình thành lực hút ion mang điện tích trái dấu Các hợp chất ion muối ăn, chất rắn điều kiện thường, khó bay hơi, khó nóng chảy tan nước tạo thành dung dịch dẫn điện + Nguyên tử trung hòa điện, nguyên tử nhường hay nhận electron, trở thành phần tử mang điện gọi ion Điện tích ion viết phía bên phải ký hiệu hóa học + Nguyên tử Na nhường electron để tạo Na+ Nguyên tử Cl nhận electron để tạo Cl- Có thể viết thành trình nhường nhận electron sau Na  Na   1e Cl  1e  Cl  Liên kết cộng hóa trị Chia nhóm hs/1nhóm Nhóm chẵn tìm hiểu hình thành phân tử hydrogen (H2); Nhóm lẻ tìm hiểu hình thành phân tử oxygen (O2) PHIẾU HỌC TẬP SỐ Nhóm chẵn Sự hình thành phân tử hydrogen Hình 6.4 Sự hình thành phân tử hydrogen Quan sát hình 6.4 trả lời câu hỏi sau: 1/ Số electron lớp ngài H trước sau tạo thành liên kết cộng hóa trị? 2/ Số electron lớp vỏ H sau tạo thành liên kết cộng hóa trị giống với ngun tố khí nào? 3/ Nêu khái niệm liên kết cộng hóa trị? Nhóm lẻ Liên kết cộng hoá trị phân tử hợp chất (hình thành nguyên tử khác nhau) Hình 6.5 Sự hình thành phân tử oxygen Quan sát hình 6.5 trả lời câu hỏi sau: 1/ Số electron lớp ngài O trước sau tạo thành liên kết cộng hóa trị? 10 2/ Số electron lớp vỏ của O sau tạo thành liên kết cộng hóa trị giống với ngun tố khí ? 3/ Nêu khái niệm liên kết cộng hóa trị? * Kết luận, nhận định: + Các nguyên tử riêng rẽ nguyên tố hydrogen oxygen khơng bền vững, chúng có xu hướng kết hợp với nguyên tử khác liên kết cộng hoá trị để hình thành phân tử Các nguyên tử phân tử đạt cấu hình electron lớp ngồi bền vững + Liên kết hình thành phân tử hydrogen oxygen liên kết cộng hoá trị gọi chất cộng hoá trị Các chất cộng hoá trị thường có nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sơi thấp Luyện tập Câu 1:II.2 Hình 6.3 sách giáo khoa trang 37 Hãy cho biết nguyên tử Mg nhường hay nhận electron? Câu 2: III.1.2 Hãy mơ tả hình thành liên kết cộng hóa trị phân tử khí chlorine khí nitrogen? Câu 3: III.2.2 Hãy mơ tả hình thành liên kết cộng hóa trị phân tử carbon dioxide, ammonia? * Trả lời câu hỏi: Câu 1: II.2 Từ sơ đồ, ta thấy nguyên tử Mg nhường electron cho nguyên tử O Câu 2: III.1.2 - Mô tả hình thành liên kết cộng hóa trị phân tử khí chlorine Sự hình thành liên kết cộng hố trị phân tử Cl2: Mỗi nguyên tử Cl có electron lớp Trong phân tử Cl, ngun tử Cl góp electron lớp ngồi tạo thành cặp electron dùng chung Như nguyên tử Cl có electron lớp ngồi giống khí Ar - Mơ tả hình thành liên kết cộng hóa trị phân tử khí nitrogen 11 Sự hình thành liên kết cộng hố trị phân tử N2 Mỗi nguyên tử N có electron lớp Trong phân tử N2, ngun tử N góp electron lớp ngồi để tạo thành cặp electron dùng chung Mỗi nguyên tử N có electron lớp ngồi giống khí Ne Câu 3: III.2.2 - Mơ tả hình thành liên kết cộng hóa trị phân tử carbon dioxide Sự hình thành liên kết cộng hố trị phân tử carbon dioxide (CO2): Mỗi nguyên tử C có electron lớp ngồi cùng, ngun tử O có electron lớp Trong phân tử CO2, nguyên tử C nằm nguyên tử O, góp electron lớp ngồi với nguyên tử O Mỗi nguyên tử O góp electron lớp ngồi với ngun tử C Như vậy, có cặp electron dùng chung nguyên tử C với hai nguyên tử O Nguyên tử C nguyên tử O có electron lớp ngồi giống khí Ne - Mơ tả hình thành liên kết cộng hóa trị phân tử ammonia Sự hình thành liên kết cộng hố trị phân tử ammonia (NH3): Mỗi nguyên tử N có electron lớp ngồi cùng, ngun tử H có electron lớp Trong phân tử NH3, nguyên tử N nằm khoảng nguyên tử H, góp electron lớp ngồi với ba nguyên tử H Mỗi nguyên tử H góp electron lớp ngồi với ngun tử N Như vậy, có cặp electron dùng chung nguyên tử N với ba nguyên tử H Nguyên tử N có electron lớp ngồi giống khí Ne, ngun tử H có electron lớp ngồi giống khí He 12 VI Một số khó khăn, thuận lợi dạy học phần liên kết hóa học TÀI LIỆU THAM KHẢO Bài giảng hóa lí – TS Nguyễn Hoàng Trang Sách giáo khoa Khoa học tự nhiên 3.Chương trình KHTN 2018 Một số video học liệu - Video liên kết cộng hóa trị liên kết ion https://youtu.be/g-tE6MN-wrE - Video liên kết hóa học https://youtu.be/azI-_S6g8C8 - Liên kết hóa học công thức cấu tạo Lewis https://youtu.be/a8LF7JEb0IA - Thuyết liên kết hóa trị VB (thuyết xen phủ orbitan hóa trị nguyên tử) https://youtu.be/1nDMRppFJ1w - Thuyết Orbitan phân tử (MO) https://youtu.be/fsHe4rxQHmA Nguồn Internet 13