skkn một số vấn đề về liên kết hóa học

Phần thứ nhấtMỞ ĐẦU1 Lý do chọn đề tài

Một trong những xu hướng phát triển của bài tập hóa học hiện đại là tăngcường khả năng tư duy hóa học cho học sinh ở cả ba phương diện: Lý thuyết,thực hành và ứng dụng Một trong những nhiệm vụ trọng tâm của các trườngTHPT Chuyên nói chung và trường THPT Chuyên Bắc Giang nói riêng là giảngdạy học sinh các lớp chuyên và bồi dưỡng học sinh trong đội tuyển học sinh giỏiquốc gia vì vậy rất cần có những chuyên đề bài tập riêng phục vụ cho chươngtrình dạy chuyên và đội tuyển Quốc gia Trong những chuyên đề Hóa học cóchuyên đề về một số vấn đề về liên kết hóa học học sinh khi học còn gặp rấtnhiều khó khăn trong việc tìm tài liệu tham khảo

Chính vì vậy chúng tôi chọn chuyên đề “ Một số vấn đề về liên kết hóa học”.

2 Tính mới của đề tài

Tính mới của đề tài này thể hiện ở chỗ: Lần đầu tiên chuyên đề “Một số vấnđề về liên kết hóa học” được đề cập đến một cách tổng thể và chi tiết đến từngnội dung, chuẩn hóa những kiến thức cả về lí thuyết lẫn bài tập để cho học sinhvà giáo viên làm liệu tham khảo.

3 Mục đích nghiên cứu

Nhóm tác giả chúng tôi làm đề tài với các mục tiêu sau đây:

Biên soạn tài liệu bồi dưỡng kiến thức chuyên đề một số vấn đề về liên kếthóa học thuộc phần hoá học đại cương cho giáo viên, học sinh giỏi tham dự cáckỳ thi Học sinh giỏi cấp tỉnh, cấp quốc gia và thi chọn đội tuyển thi OlympicHoá học Quốc tế.

4 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

Chương trình Hóa học THPT Chuyên sâu lớp 10, 11 và 12; yêu cầu của đềthi học sinh giỏi cấp Tỉnh, Quốc gia và Olympic Quốc tế hằng năm Bài giảngcủa giáo viên trường THPT Chuyên Bắc Giang và một số giáo viên ở các trườngkhác trong các kỳ sinh hoạt chuyên môn và thi Giáo viên giỏi cấp tỉnh

5 Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp nghiên cứu chủ yếu được sử dụng là phân tích, đối chiếu,

phân loại và tổng hợp.

6 Cấu trúc của chuyên đề

Phần thứ nhất: Mở đầu Phần thứ hai: Nội dung

Chương I: Sơ lược một số vấn đề về liên kết hóa học Chương 2: Một số vấn đề về bài tập liên kết hóa học

Phần thứ ba: Kết luận

7 Phân công công việc của từng thành viên

Phần I: - Nguyễn Thị Việt Hà Phần II:

Chương 1: - Nguyễn Thị Việt Hà Chương 2: - Tăng Thành Trung Phần III: - Tăng Thành Trung

Tuy có nhiều cố gắng nhưng chuyên đề không thể tránh khỏi những thiếu sót, rấtmong được các ý kiến đóng góp của các bạn đồng nghiệp và bạn đọc.

Bắc giang, ngày 5 tháng 03 năm 2024Nhóm tác giả

Nguyễn Thị Việt Hà

Tăng Thành Trung

Phần thứ haiNỘI DUNG

Chương I

SƠ LƯỢC MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ LÝ THUYẾT LIÊN KẾTHÓA HỌC

I.1 Các khái niệm cơ bản

I.1.1 Khái niệm về liên kết

Liên kết hóa học là sự kết hợp giữa các nguyên tử tạo thành phân tử hay tinh thểbền vững hơn.

Khi có sự chuyển các nguyên tử riêng rẽ thành phân tử hay tinh thể tức là có liênkết hóa học thì nguyên tử có xu hướng đạt tới cấu hình electron bền vững củakhí hiếm.

Một cách tổng quát, sự liên kết giữa các nguyên tử tạo thành phân tử hay tinhthể được giải thích bằng sự giảm năng lượng khi chuyển các nguyên tử riêng rẽthành phân tử hay tinh thể.

I.1.2 Quy tắc bát tử (8 electron)

Theo quy tắc bát tử (8 electron) thì nguyên tử của các nguyên tố có khuynhhướng liên kết với các nguyên tử khác để đạt được cấu hình electron bền vữngcủa các khí hiếm với 8 electron ở lớp ngoài cùng (hoặc 2 electron đối với heli) làcấu hình electron bền vững.

Với quy tắc bát tử, người ta có thể giải thích một cách định tính sự hình thànhcác loại liên kết trong phân tử, đặc biệt là cách viết công thức cấu tạo trong cáchợp chất thông thường.

Vì phân tử là một hệ phức tạp nên trong nhiều trường hợp quy tắc bát tử tỏ rakhông đầy đủ.

I.1.3 Một số đại lượng đặc trưng cho liên kết hóa học

I.1.3.1 Độ dài liên kết (d): Là khoảng cách giữa haihạt nhân của hai nguyên tử liên kết trực tiếp với nhau.

Ví dụ: Trong phân tử nước, dO-H = 0,94 0

Giữa 2 nguyên tử xác định độ dài liên kết giảm khi bậc liên kết tăng

+ Trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm.

+ Độ âm điện của nguyên tử trung tâm A và phối tử X, nguyên tử trungtâm A có độ âm điện lớn sẽ kéo mây của đôi electron liên kết về phía nó nhiềuhơn, hai đám mây của hai liên kết mà lớn lại ở gần nhau gây ra lực tương tácđẩy làm cho độ lớn góc liên kết tăng lên Nếu phối tử X có độ âm điện lớn sẽgây tác dụng ngược lại.

I.1.3.3 Năng lượng liên kết

Năng lượng liên kết A-B là năng lượng cần cung cấp để phá vỡ hoàn toàn liênkết A-B (thường được qui về 1 mol liên kết có đơn vị kJ/mol hoặc kcal/mol).

EH-H = 103 kcal/mol : H2  2H  H = 103 kcal/mol

Năng lượng liên kết (năng lượng phân li liên kết), về trị tuyệt đối chính bằngnăng lượng hình thành liên kết nhưng ngược dấu Tổng năng lượng các liên kếttrong phân tử bằng năng lượng phân li của phân tử đó

Năng lượng liên kết giữa 2 nguyên tử xác định tăng cùng bậc liên kết (đơn < đôi < ba)

I.2 Liên kết ion

I.2.1 Sự hình thành liên kết ion

Định nghĩa liên kết ion: Liên kết ion là liên kết hoá học được tạo thành do lựchút tĩnh điện giữa các ion mang điện tích trái dấu.

- Bản chất của lực liên kết ion: Là lực hút tĩnh điện.

- Độ lớn của lực liên kết ion (F) phụ thuộc vào trị số điện tích của cation(q1) và anion (q2) và bán kính ion của chúng lần lượt là r1 và r2.

F~ 122.

q q

r ( r = r1 + r2 )

Khi lực liên kết ion càng lớn thì liên kết ion càng bền, năng lượng mạnglưới ion càng lớn và liên kết ion khó bị phân li, mạng lưới ion càng khó bị phávỡ, các hợp chất ion càng khó nóng chảy, khó bị hoà tan trong dung môi phâncực hơn.

I.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo thành liên kết ion

- Năng lượng ion hoá.- Ái lực với electron.- Năng lượng mạng lưới.

I.2.2.1 Năng lượng ion hoá

a) Khái niệm: Năng lượng ion hoá là năng lượng cần thiết để tách một

electron ra khỏi nguyên tử ở trạng thái cơ bản (trạng thái không kích thích) tạora cation ở trạng thái khí.

M + I1  M+ + 1eM+ + I2  M2+ + 1eM2+ + I3  M3+ + 1e

I.2.2.2 Ái lực với electron

a) Khái niệm: Ái lực đối với electron là năng lượng tỏa ra (hay thu vào) khi

một nguyên tử kết hợp với electron để trở thành ion âm.

X + 1e  X-+ A1 ( A1: là ái lực đối với electron thứ nhất)

b) Qui luật: Ái lực đối với electron của một nguyên tố càng lớn thì nguyên tố

đó càng dễ chuyển thành ion âm.

I.2.2.3 Năng lượng mạng lưới

a) Khái niệm: Năng lượng mạng lưới là năng lượng toả ra khi các ion kết

hợp với nhau để tạo thành mạng lưới tinh thể.

b) Quy luật: Năng lượng mạng lưới càng lớn thì hợp chất ion được tạo nên

càng bền.

Tóm lại: Kim loại càng dễ nhường electron, phi kim càng dễ nhậnelectron, các ion được tạo thành hút nhau càng mạnh thì càng thuận lợi cho sựtạo thành liên kết ion.

I.3 Liên kết cộng hóa trị

I.3.1 Lí thuyết phi cơ học lượng tử ( thuyết electron hóa trịLewis - Langmuir)

Sự hình thành liên kết cộng hóa trị

- Khi hình thành liên kết cộng hóa trị, các nguyên tử có khuynh hướng dùngchung các cặp electron để đạt cấu trúc bền của khí hiếm gần kề ( với 8 hoặc 2electron lớp ngoài cùng).

- Các cặp electron dùng chung có thể do sự góp chung của hai nguyên tửtham gia liên kết (cộng hóa trị thông thường) hoặc chỉ do một nguyên tử bỏ ra(cộng hóa trị phối trí).

- Số electron góp chung của một nguyên tử thường bằng 8 - n (n: số thứ tựcủa nhóm nguyên tố) Khi hết khả năng góp chung, liên kết với các nguyên tửcòn lại được hình thành bằng cặp electron do một nguyên tử bỏ ra (thường lànguyên tử của nguyên tố có độ âm điện nhỏ hơn).

Ví dụ:

Công thức phân tử Công thức electron Công thức cấu tạo

I.3.2 Lí thuyết cơ học lượng tử

Thuyết VB (Valent Bond - Liên kết hóa trị)

1) Các luận điểm cơ sở của thuyết VB

Một cách gần đúng, coi cấu tạo electron của nguyên tử vẫn được bảo toàn khihình thành phân tử từ nguyên tử, nghĩa là trong phân tử vẫn có sự chuyển độngcủa electron trong AO(obitan nguyên tử) Tuy nhiên khi 2 AO hóa trị của hainguyên tử xen phủ nhau tạo liên kết hóa học thì vùng xen phủ đó là chung chohai nguyên tử.

Mỗi một liên kết hóa học giữa hai nguyên tử được đảm bảo bởi electron có spinđối song mà trong trường hợp chung, trước khi tham gia liên kết, mỗi electronđó là electron độc thân trong 1 AO hóa trị của một nguyên tử Mỗi liên kết hóahọc được tạo thành đó là một liên kết 2 tâm (2 nguyên tử) Liên kết đó không thểhình thành từ 1 electron (thiếu electron) hoặc từ 3 electron trở lên (tính bão hòacủa liên kết cộng hóa trị).

Sự xen phủ giữa 2 AO có 2 electron của 2 nguyên tử càng mạnh thì liên kếtđược tạo ra càng bền (nguyên lý xen phủ cực đại) Liên kết hóa học được phânbố theo phương có khả năng lớn về sự xen phủ 2 AO (thuyết hóa trị địnhhướng)

2) Thuyết VB về sự hình thành liên kết cộng hóa trị

Liên kết giữa hai nguyên tử càng bền nếu mức độ xen phủ của các obitan cànglớn, như vậy sự xen phủ của các obitan tuân theo nguyên lí xen phủ cực đại: “ liên kết được phân bố theo phương nào mà mức độ xen phủ các obitan liên kếtcó giá trị cực đại”.

Ví dụ: H1 1s1

3) Thuyết VB về vấn đề hóa trị của nguyên tử trong hợp chất cộng hóa trị

Cộng hóa trị của một nguyên tử (hóa trị nguyên tử) bằng số liên kết mà nguyêntử đó có thể tạo được với các nguyên tử khác.

Ví dụ:

Trong CO2 (O= C =O) nguyên tử C và O lần lượt có hóa trị bằng 4 và 2Theo thuyết VB, để tạo được một liên kết cộng hóa trị, nguyên tử đã sử dụngmột electron độc thân của chúng Như vậy, có thể nói rằng cộng hóa trị củamột nguyên tử bằng số electron độc thân của nguyên tử đã dùng để tham gialiên kết.

Cũng theo thuyết VB, khi tham gia liên kết các nguyên tử có thể bị “kíchthích” Sự kích thích này có ảnh hưởng đến cấu hình electron của nguyên tử,các electron cặp đôi có thể tách ra và chiếm cứ các AO còn trống trong cùngmột lớp Như vậy số electron độc thân của nguyên tử có thể thay đổi và cộnghóa trị của nguyên tử có thể có giá trị khác nhau trong những hợp chất khácnhau (Bảng 1).

Ví dụ 1: Cộng hóa trị của S trong H2S là 2 ; SO2 là 4 ; H2SO4 là 6

Ví dụ 2: Cộng hóa trị của Clo trong HClO là 1; HClO2 là 3 ; HClO3 là 5; HClO4

là 7

Bảng 1: Số electron độc thân có thể có của các nguyên tố thuộc phân nhóm

chính

NhómCấu hình electron hóa trịSố e- độc thân

IIA ns2

2IIIA ns2 np1

1, 3IVA ns2 np2

2, 4VA

Từ chu kì 3

ns2 np3

3, 5VIA

Từ chu kì 3

ns2 np4

2,4, 6

VIIATừ chu kì 3

ns2 np5

1, 3, 5, 7

4) Bậc liên kết

Bậc liên kết là số liên kết cộng hóa trị (số cặp electron chung) giữa hai nguyên tử.

+ Liên kết bậc một (liên kết đơn): Chỉ có một liên kết cộng hóa trị giữa 2

Các liên kết đôi và liên kết ba còn được gọi chung là liên kết bội.

Khi số electron chung càng lớn, lực hút tĩnh điện giữa electron với hạt nhân củahai nguyên tử càng mạnh, độ bền liên kết tăng còn khoảng cách giữa hai tâmnguyên tử giảm Do vậy khi bậc liên kết càng lớn thì năng lượng liên kết cànglớn và độ dài liên kết càng nhỏ.

Ví dụ:

dC-C ( 0

5) Liên kết xichma () và liên kết pi ().

+ Liên kết xichma (): Là loại liên kết cộng hóa trị được hình thành bằng

phương pháp xen phủ đồng trục các obitan nguyên tử, vùng xen phủ nằm trêntrục liên kết

+ Liên kết : Là loại liên kết cộng hóa trị được hình thành bằng phương pháp

xen phủ song song trục các obitan nguyên tử, vùng xen phủ nằm ở hai phía sovới trục liên kết.

6) Liên kết cộng hoá trị cho-nhận (liên kết phối trí).

+ Định nghĩa: Liên kết cộng hoá trị cho - nhận là liên kết cộng hoá trị trong

đó cặp electron dùng chung chỉ do một nguyên tử cung cấp gọi là nguyên tử cho,nguyên tử còn lại là nguyên tử nhận.

Ví dụ:

+ Điều kiện tạo ra liên kết cho nhận:

- Nguyên tử “ cho ” phải có lớp vỏ e đã bão hoà và còn ít nhất một cặp electrontự do (chưa tham gia liên kết) có bán kính nhỏ, độ âm điện tương đối lớn.

- Nguyên tử “ nhận ” phải có obitan trống.p-p

p-d

7) Sự lai hóa các obitan nguyên tử.

Thuyết lai hóa cho rằng một số AO có mức năng lượng gần bằng nhau khi thamgia liên kết có xu hướng tổ hợp với nhau để tạo ra các AO lai hóa có năng lượngthấp hơn, liên kết hình thành bởi sự xen phủ các AO lai hóa sẽ bền vững hơn.Số obitan lai hóa tạo thành bằng số obitan nguyên tử tham gia lai hóa và cácobitan lai hóa tạo ra có năng lượng tương đương (Bảng 2)

Bảng 2: Sư phân bố không gian của các AO lai hóa

Sự lai hóa Phân bố không gian của các obitan lai hóa

109028’ Tứdiện

sp3d pd

Lưỡngthápđáytamgiácsp3d2 p

Người ta cũng dự đoán kiểu lai hóa của nguyên tử trên lý thuyết: Số obitan laihoá bằng tổng số liên kết  mà nguyên tử tạo ra và số cặp electron tự do củanguyên tử đó Giá trị của n tính được bằng 2, 3, 4, 5, 6 tương ứng với các trạngthái lai hóa sp, sp2, sp3, sp3d, sp3d2.

O=C=O , nguyên tử C có 2 liên kết  vậy C có 2 AO lai hóaC lai hóa sp

Dưới đây là một số ví dụ về sự hình thành phân tử trên cơ sở kết hợp thuyết VBvà thuyết lai hóa các obitan nguyên tử :

CH4 (C lai hóa sp3)

CH2 = CH2 (C lai hóa sp2)

HH

CH  CH (C lai hóasp)

8) Một số tính chất của phân tử

+ Mô hình sự đẩy giữa các đôi electron vỏ hóa trị

Những luận điểm cơ bản

Chỉ xét những electron hóa trị xung quanh nguyên tử trung tâm A, tức là nhữngelectron hóa trị của A và những electron hóa trị do các phối tử B (là nguyên tửhay nhóm nguyên tử hay phân tử) đóng góp rồi đếm xem có bao nhiêu cặpelectron liên kết  và bao nhiêu cặp electron không liên kết (E) Tổng quát kíhiệu phân tử ABnEm với A là nguyên tử trung tâm, B là các phối tử và có n cặpliên kết, m cặp electron không phân chia Vậy tổng số cặp electron hóa trị xungquang A là q = n + m.

- Cấu hình các liên kết của nguyên tử (hay ion) trung tâm đa hóa trị chỉ phụthuộc vào tổng số cặp electron hóa trị q = n + m bao quanh nó.

- Những mây của những cặp electron hóa trị được phân bố sao cho sự đẩygiữa những cặp electron đó là cực tiểu (Trọng tâm mây của các cặp electron hóatrị nằm trên một quả cầu mà tâm là hạt nhân của nguyên tử trung tâm A).

- Một cặp electron không phân chia chiếm một không gian lớn hơn so với mộtcặp electron tham gia vào một liên kết đơn Sức đẩy giữa các cặp electron hóa trịgiảm theo thứ tự:

cặp kpc - cặp kpc (E - E) > cặp kpc - cặp lk (E -B ) > cặp lk - cặp lk (B - B) - Không gian của một cặp electron liên kết giảm khi độ âm điện của phối tử(B) tăng.

- Hai cặp electron của một liên kết đôi hoặc ba chiếm một không gian lớn hơnkhông gian của một cặp electron thuộc một liên kết đơn.

Bảng 3 Hình học của những phân tử ABnEm không có những liên kết bội.

m+n Đa diệnphối tríXmEn

Sơ đồ đa diện Cấu trúcphân tử AXm

Phân tửliên kếtđơn

Phân tửliên kếtbội

2 Đoạnthẳng

CO2,HCN3 Tam giác AX3E0 tam giác đều BH3

NO2,NOCl

AX4E2 Vuông ICl4

+ Sự phân cực của phân tử

- Lưỡng cực điện: Lưỡng cực điện là một hệ gồm hai điệntích +q và -q cách nhau một khoảng cách l Lưỡng cực điện đặctrưng bằng đại lượng momen lưỡng cực  với định nghĩamomen lưỡng cực  bằng tích của điện tích q và cách tay đòn l. = l.q

lưỡng cựcđiện

Trong hệ SI momen lưỡng cực  được tính bằng Cm (coulomb.met) Vớiphân tử do momen lưỡng cực có giá trị nhỏ nên người ta thường tính theo D(Debye) với qui ước :

1D = 1

- Lưỡng cực liên kết: Mỗi liên kết ion hoặc liên kết cộng hóa trị phân cực làmột lưỡng cực điện và có một momen lưỡng cực xác định được gọi là momenlưỡng cực liên kết Liên kết phân cực càng mạnh thì momen lưỡng cực càng lớn.Ví dụ: HF HCl HBr HI

Liên kết H F H Cl H Br H I (D) 1,83 1,08 0,82 0,44

- Lưỡng cực phân tử: Trong việc khảo sát lưỡng cực phân tử, người ta thừanhận thuộc tính cộng tính của momen lưỡng cực liên kết và coi momen lưỡngcực của phân tử là tổng vectơ các momen lưỡng cực liên kết.

Ví dụ:

Với phân tử CO2 : O = C = O   = 0 Với phân tử H2O :   0 ( = 1,84D)

- Việc khảo sát momen lưỡng cực phân tử là một thông số cần thiết cho việcnghiên cứu tính chất của liên kết (khi  càng lớn, tính ion của liên kết càngmạnh), cấu trúc hình học của phân tử cũng như các tính chất vật lí, hóa học củamột chất.

+ Từ tính của phân tử

- Chất thuận từ: Chất thuận từ là những chất bị hút bởi nam châm Về mặt cấutạo, phân tử của các chất này có electron chưa ghép đôi (electron độc thân).Ví dụ:

NO2 là một chất thuận từ do trong cấu tạo còn một electron độc thân trên nguyêntử N:

I.4.2.2 Mạng lập phương tâm khối:

- Đỉnh và tâm khối hộp lập phương là nguyên tử hay iondương kim loại; Số phối trí = 8.

I.4.2.3 Mạng lập phương tâm diện

- Đỉnh và tâm các mặt của khối hộp lập phương là cácnguyên tử hoặc ion dương kim loại; Số phối trí = 12.

I.4.2.4 Mạng sáu phương đặc khít (mạng lục phương)

- Khối lăng trụ lục giác gồm 3 ô mạng cơ sở Mỗi ô mạngcơ sở là một khối hộp hình thoi Các đỉnh và tâm khối hộp hìnhthoi là nguyên tử hay ion kim loại;

- Số phối trí = 12.

I.4.3 Ảnh hưởng của liên kết kim loại đến tính chất vật lý của kim loại

Do cấu trúc đặc biệt của mạng tinh thể kim loại mà các kim loại rắn có nhữngtính chất vật lý chung: tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt, tính dẻo, ánh kim Các tínhchất vật lý chung đó đều do electron tự do trong kim loại gây ra.

Ngoài ra đặc điểm của liên kết kim loại: Mật độ nguyên tử (hay độ đặc khít), mậtđộ electron tự do, điện tích của cation kim loại cũng ảnh hưởng đến các tính chấtvật lý khác của kim loại như: độ cứng, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, tỷ khối.

I.4.4 Độ đặc khít của mạng tinh thể, khối lượng riêng của kim loại I.4.4.1 Độ đặc khít của mạng tinh thể

a) Mạng tinh thể lập phương tâm khối

Số quả cầu trong một ô cơ sở : 6 1/2 + 8 1/8 = 4Tổng thể tích quả cầu 43

a 32a 6

32a 6

a = 2.r¤ c¬ së

I.4.4.2 Khối lượng riêng của kim loại

a) Công thức tính khối lượng riêng của kim loại

=

D = 33 .

M Pr N

M : Khối lượng kim loại (g) ; NA: Số Avogađro

P : Độ đặc khít (mạng lập phương tâm khối P = 68%; mạng lập phươngtâm diện, lục phương chặt khít P = 74%)

I.5 Liên kết hyđrogen

I.5.1 Khái niệm

Liên kết hyđrogen là liên kết hoá học được hình thành bằng lực hút tĩnh điện yếugiữa một nguyên tử hyđrogen linh động với một nguyên tử phi kim có độ âmđiện lớn, mang điện tích âm của phân tử khác hoặc trong cùng phân tử.

H

I.5.2 Bản chất của lực liên kết hyđrogen

Bản chất của lực liên kết hyđrogen là lực hút tĩnh điện

Liên kết hyđrogen thuộc loại liên kết yếu, có năng lượng liên kết vào khoảng10-40 kJ/mol, yếu hơn nhiều so với liên kết cộng hóa trị mà năng lượng liên kếtvào khoảng và trăm đến vài ngàn kJ/mol, nhưng lại gây nên những ảnh hưởngquan trọng lên tính chất vật lí (như nhiệt độ sôi và tính tan trong nước) cũng nhưtính chất hóa học (như tính axit) của nhiều chất hữu cơ.

X : 

I.5.3 Điều kiện hình thành liên kết hyđrô

X phải có độ âm điện cao, bán kính nguyên tử phải tương đối nhỏ( O, N, F) Y có ít nhất một cặp e chưa sử dụng, có r nhỏ (O, N, F)

- Có 2 loại liên kết hyđrogen

+ Liên kết hyđrogen giữa các phân tử ( liên kết hydrogen liên phân tử)

Có thể có loại liên kết hyđrogen liên phân tử tạo thành vòng khép kín (dạngđime) rất bền rất khó tách nhau ra ngay cả khi bay hơi

+ Liên kết hydrogen nội phân tử: Xuất hiện trong phân tử có cả 

Y và chúng phải ở tương đối gần nhau để khi hình thành liên kết hydrogen

tạo thành được vòng 5-6 cạnh ( thường thì vòng 5 cạnh bền hơn).

O H

Trong phân tử có liên kết hydrogen nội phân tử: Ngoài ra còn có liên kếthydrogen liên phân tử nhưng vô cùng khó khăn vì nó tạo ra liên kết hydrogennội phân tử dễ dàng hơn và bền hơn liên kết H liên phân tử

I.5.4 Ảnh hưởng của liên kết hydrogen

+ Ảnh hưởng đến độ sôi, nhiệt độ nóng chảy

- Liên kết hydrogen liên phân tử làm tăng nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi,sức căng bề mặt và khả năng hoà tan vào nước của chất.

- Các chất có liên kết hydrogen nội phân tử sẽ giảm khả năng tạo liên kếthydrogen liên phân tử, làm giảm nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, khả năng hoá

lỏng so với hợp chất có khối lượng phân tử tương đương nhưng có liên kết

hydrogen liên phân tử.

C OO

C OOH

(II) có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao hơn(I).

+ ảnh hưởng đến độ tan: Xét ảnh hưởng của liên kết hydrogen giữa phân tử vàdung môi

- Nếu có liên kết hydrogen giữa phân tử hợp chất và dung môi thì độ tan lớn- Những chất có khả năng tạo liên kết hydrogen nội phân tử dễ tan trong dungmôi không phân cực, khó tan trong dung môi phân cực hơn so với những chất cóliên kết hydrogen liên phân tử

Ví dụ:

Do có liên kết hydrogen nên H2O, NH3, HF có nhiệt độ sôi cao hơn các hợp chấtcó khối lượng phân tử tương đương(hoặc lớn hơn) nhưng không có liên kếthydrogen như H2S, HBr, HI Liên kết hydrogen của C2H5OH với H2O làm chorượu etylic tan vô hạn trong nước.

O - HC2H5 H- O

O - HC2H5

O - H

+ Ảnh hưởng đến độ bền của đồng phân

Ví dụ:

Hiện tượng đồng phân tautome:

+ Ảnh hưởng đến tính axit – bazơ

- Ngoài ra liên kết hydrogen còn ảnh hưởng đến khả năng cho và nhậnproton(H+), tức ảnh hưởng đến tính axit-bazơ của chất.

CH

CH3 – C C – CH3 || ||

O - H O

I.6.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới lực liên kết Vanđecvan.

Độ lớn của lực liên kết Vanđecvan phụ thuộc vào các yếu tố sau: (Ký hiệu F làlực liên kết vanđecvan):

- Độ phân cực của phân tử càng tăng thì F tăng.

- Khoảng cách giữa các phân tử càng giảm thì F càng tăng.- Khối lượng phân tử càng tăng thì F càng tăng.

I.6.2.1 Tương tác Vanđecvan gồm

- Tương tác lưỡng cực : là tương tác tĩnh điện giữa các phân tử phân

cực Tương tác lưỡng lực tăng khi độ phân cực của phân tử tăng

- Tương tác cảm ứng : Khả năng làm phân cực hoá lẫn nhau của các

phân tử Các hợp chất có chứa liên kết  linh động, chứa các cặp electron hoá trịtự do, các hợp chất thơm là những chất dễ bị phân cực hoá, nên tương tác cảmứng giữa chúng khá mạnh.

- Tương tác khuyếch tán : Tương tác này phụ thuộc vào kích thước phân

tử và lực hút giữa các phân tử Các phân tử có kích thước càng nhỏ, càng có tínhđối xứng cao và có cấu trúc tương đồng nhau thì càng dễ khuyếch tán vào nhau (dễtan vào nhau nếu có mặt chất lỏng).

I.6.2.2 Ảnh hưởng của lực hút Vanđecvan đến tính chất vật lýcủa các chất

- Tương tự ảnh hưởng của liên kết hiđro nhưng yếu hơn : Tương tác Vanđecvancàng mạnh thì chất có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi càng cao, càng dễ hoálỏng, tan vào nhau đáng kể.

Chương II

MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ BÀI TẬP LIÊN KẾT HÓA HỌC

II.1 Một số dạng bài tập cơ bản về liên kết II.1.1 Liên kết ion

II.1.1.1 Bài tập có lời giải

Câu 1 Mô tả sự chuyển dịch electron từ nguyên tử liti sang nguyên tử flo để tạo

thành hợp chất litiflorua theo ba cách: a) Theo cấu hình electron.

b) Theo sơ đồ obitan (các ô lượng tử) c) Theo kí hiệu Liuyt.

Lời giải

a) Li [He]2s1 + F [He]2s22p5  Li+ 1s2 + F- [He]2s22p6

Câu 3: 1)Dự đoán xem hợp chất nào sau đây có nhiệt độ nóng chảy cao hơn,

hòa tan trong nước nhiều hơn ? Vì sao ?

a) NaCl và RbCl b) CsCl và NaCl c) NaI hay LiF d) CsI hay CsBr

2) Đự đoán xem nhiệt độ nóng chảy của chất nào sau đây cao hơn:

a) MgO và BaO b) NaCl và MgCl2

 tncMgO > tnc BaO ( 28520C và 19200C)b) Tương tự như vậy ta có: tnc NaCl > tnc CsCl ; ts CsBr > tnc CsI ; tnc LiF > tnc NaI

c) Nếu căn cứ vào cách tính Hml của MgCl2 và NaCl như trên thì dự đoán nhiệtđộ nóng chảy của MgCl2 phải cao hơn của NaCl nhưng thực tế thì ngược lại.

II.1.1.2 Bài tập Không có lời giải

Câu 1 a) Năng lượng tạo thành mạng lưới ion (gọi tắt là năng lượng mạng lưới,

kí hiệu Hml ) là gì ?

- Năng lượng phân li mạng lưới ion là gì ?- Quan hệ giữa hai đại lượng trên ?

b) Những yếu tố nào ảnh hưởng đến Hml ?

c) Hml ảnh hưởng đến những tính chất nào của các tinh thể ion ?

Câu 2: Mô tả sự tạo thành ion Na+ và O2- từ các nguyên tử theo sơ đồ obitan vàkí hiệu Liuyt Xác định công thức của hợp chất ?

II.1.2 Liên kết cộng hóa trị

II.1.2.1 Bài tập có lời giải

Câu 1 Viết công thức electron (theo sơ đồ Liuyt) của các phân tử và ion sau:

a) Amoniac NH3 b) Fomanđehit H2COc) Ion hipoclorit OCl- d) Ion nitroni NO2+

- Dựa vào quy tắc nào để viết những công thức đó ?

Lời giải

ClO- O N O +

Để viết sơ đồ Liuyt của các phân tử và ion có thể theo qui tắc sau:

Bước 1: viết cấu tạo sơ bộ của công thức đó Để thực hiện bước này cần dựa

vào hóa trị của các nguyên tử và giả thiết ban đầu chỉ có liên kết đơn được hìnhthành Nếu chưa biết thứa tự liên kết giữa các nguyên tử, hãy dùng giả thiết đểviết thứ tự đó O – N – O (a)

Bước 2: Tìm tổng số electron hóa trị của các nguyên tử, kí hiệu là N1 Nếu là ionâm thì một điện tích âm được cộng thêm 1 electron vào tổng trên, còn nếu là iondươc thì một đơn vị điện tích trừ đi 1electron từ tổng trên.

O có 6 electron hóa trị, N có 5 electron hóa trị  N1 = (6.2 + 5 -1) e = 16 e

Bước 3: Tìm công thức Liuyt (gần đúng)

+) Tìm tổng số electron đã tạo liên kết trong công thức đưa ra ở bước 1, ta kíhiệu là N2 Tìm số electron còn lại, kí hiệu N3 từ N3 = N1 – N2 (b)

+) Lấy số electron từ N3 để tạo octet cho nguyên tử âm điện nhất trong côngthức sơ bộ (a) Tổng số electron tạo octet được kí hiệu là N4.

áp dụng NO2+ : Theo (a), N2 = 4e ; N3 = (16 – 4)e = 12e Trong (a) O âm điện hơn N nên tạo octet cho O Hiện nay mỗi O mới có 2e; mỗi O cần 6e nữa mới cóoctet ở đây N4 = 6.2 = 12e (c)

+) Sau khi thực hiện bước trên, nếu nguyên tử trung tâm là nguyên tử củanguyên tố chu kì 2 chưa đạt được octet, ta phải chuyển một đôi electron riêng ởnguyên tử âm điện hơn thành đôi electron liên kết, sao cho có được octet đối vớinguyên tử trung tâm đó Được công thức (d)

+) Tính lại điện tích hình thức cho mỗi nguyên tử trong công thức vừa viết ởtrên (d) và kết luận.

N5 = (12 -12)e = 0 ; Điện tích hình thức O: 6 - 6 = 0 ; N : 5 - 4 = 1 Vậy (f) là công thức Liuyt cần tìm của NO2+.

Câu 2 So sánh liên kết nitơ - nitrơ trong hiđrazin H2NNH2 và trong khí cười N2O.- Trong phân tử nào liên kết nitơ - nitơ ngắn hơn ?

- Trong phân tử nào liên kết nitơ - nitơ bền hơn ? Vì sao ?

Lời giải

Liên kết nitơ-nitơ trong hiđrazin là liên kết đơn, còn liên kết nitơ-nitơ trong “khícười” N2O là liên kết ba nên liên kết nitơ-nitơ trong phân tử hiđrazin ngắn hơnvà kém bền hơn trong liên kết nitơ-nitơ N2O.

Câu 3 Các nhà hóa học dùng lade phát ra ánh sáng có năng lượng xác định để

Hỏi một photon phải có bước sóng dài nhất là bao nhiêu mới có thể gây ra sựphân li đó ?

Cho biết: - Năng lượng phân li Cl – Cl là 243kJ/mol.- Năng lượng phân li C – Cl là 339 kJ/mol.

- Tần số ứng với năng lượng trên của photon:

5, 63.106,02.10

Bước sóng  của photon ứng với năng lượng trên là:

II.1.2.2 Bài tập không có lời giải

Câu 1 Viết công thức của các phân tử và ion sau theo sơ đồ Liuyt:

a) Cl2, N2 b) H2S, SO2, SO3, H2O, CO, HCN

c) NH4+, NO+ d) NO2-, NO3-, CO32-, SO32-, PO43-, SO42-, ClO2-, ClO3-, ClO4

-Câu 2.Xét liên kết cacbon-oxi trong fomalđehit H2CO và trong cacbon monoxit CO.- Trong phân tử nào liên kết cacbon-oxi ngắn hơn ?

- Trong phân tử nào liên kết cacbon-oxi bền hơn ? Vì sao ?

Câu 3 a) So sánh liên kết  và liên kết .

b) Tại sao năng lượng liên kết đôi C = C (614 kJ/mol) không lớp gấp đôi nănglượng liên kết đơn C – C (347 kJ/mol) và tại sao năng lượng liên kết ba C  Clại không lớn gấp ba ?

Câu 4 Dựa vào công thức Liuyt và năng lượng liên kết, hãy :

a) Tính nhiệt của phản ứng đốt cháy metan (CH4) ?

b) Tính nhiệt của phản ứng clo hóa metan tạo thành CHCl3 ?

Câu 5 Dựa vào năng lượng liên kết, hãy tính nhiệt của các phản ứng sau:

a) N2 (k) + 3H2 (k)  2NH3 (k)b) C2H4 (k) + HBr (k)  C2H5Br (k)

Câu 6 Bằng cách dùng một luồng photon với bước sóng xác định, các nhà bác

học có thể phân li khi hiđro iođua (HI) thành các nguyên tử Khi HI bị phân li,các nguyên tử H chuyển động nhanh hơn còn các nguyên tử I tương đối nặngnên chuyển động chậm hơn.

a) Hỏi bước sóng dài nhất là bao nhiêu (tính theo nm) để có thể phân li đượcmột phân tử HI?

b) Nếu dùng một photon có bước sóng là 254 nm thì năng lượng dư (tính theo J)là bao nhiêu so với năng lượng cần thiết để phân li ?

c) Nếu nguyên tử H nhận toàn bộ năng lượng dư đó như là động năng thì tốc độcủa nó là bao nhiêu (theo m/s).

Cho biết: - Năng lượng phân li H-I là 295 kJ/mol- Khối lượng của nguyên tử H là 1,66.10-27 kg.

Câu 7 a) Có thể tồn tại các phân tử sau đây hay không ? Giải thích ?

SF6, Cl7F, ClF3

b) Giải thích vì sao trong dãy các hợp chất HF, HCl, HBr, HI nhiệt độ sôi vànhiệt độ nóng chảy của HF cao hơn HCl và tăng dần theo thứ tự HCl, HBr, HI.

II.1.3 Sự lai hóa các obitan

Câu 1 a) Thế nào là sự lai hóa các obitan nguyên tử?

b) Có mấy kiểu lai hóa?

Câu 2 Trong trường hợp nào thì xảy ra sự lai hóa sp, sp2, sp3? Khi một nguyêntử lai hóa theo kiểu sp, sp2, sp3 còn bao nhiêu obitan p “thuần tuý” (tức là khônglai hóa) trong nguyên tử ? Có thể tạo thành bao nhiêu liên kết  ?

Câu 3 Mô tả sự tạo thành các phân tử sau theo thuyết lai hóa:

BeF2, HCN, BCl3, H2CO, SiCl4, NH3, H2O, SCl2

Câu 4 Có những kiểu lai hóa nào xảy ra trong phân tử axit axetic CH3COOH ?

Câu 5 a) Dùng thuyết obitan lai hóa, hãy giải thích liên kết hóa học trong H2S,BeH2 và SO2.

Câu 6 Vẽ công thức Liuyt của phân tử O3, biết góc liên kết khoảng 1190C và độdài các liên kết như nhau Hỏi nguyên tử oxi trung tâm thuộc loại lai hóa gì ?

Câu 7 a) Mô tả dạng hình học phân tử, trạng thái lai hóa của nguyên tử nguyên

tố trung tâm trong các phân tử: IF5, XeF4, Be(CH3)2.

b) So sánh độ lớn góc liên kết của các phân tử sau đây Giải thích PI3, PCl5,PBr3, PF3.

Câu 8 Ngày nay, người ta đã cô lập được một số hợp chất của các nguyên tố

khí hiếm như Kripton và Xenon.

a) Dùng thuyết liên kết hóa trị, dự đoán hình học phân tử có thể có của XeF2 vàXeF4.

b) Số oxi hóa của Xe trong mỗi hợp chất trên là bao nhiêu? Ta dự đoán chúngphản ứng như một chất oxi hóa hay chất khử ?

Câu 9 Dựa vào lí thuyết lai hóa các obitan, hãy giải thích sự tạo thành các ion

và phân tử: [Co(NH3)6]3+ , [MnCl4]2- , [Pt(NH3)2Cl2].

II.1.4 Dạng hình học của phân tử

II.1.4.1 Bài tập có lời giải

Câu 1 a) Dùng thuyết obitan lai hóa, hãy giải thích liên kết hóa học trong H2S,BeH2 và SO2.

b) Hãy cho biết dạng hình học của NH4+, PCl5, NH3, SF6 bằng hình vẽ Xác định trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm.

Lời giải

a) + H2S : S ở trạng thái lai hóa sp3, 1AO3s + 3AO3p  4AOsp3 có 6 electrontrong đó hai AO sp3 có 1 cặp electron tự do còn hai AO sp3 nữa mỗi một AO có1 electron độc thân che phủ với obitan của hai nguyên tử H tạo thành liên kết .Hai cặp electron không liên kết đẩy mạnh hơn hai cặp electron liên kết nên làcho góc hóa trị HSH giảm (<109028’)

+ BeH2 : Be ở trạng thái lai hóa sp, 1AO2s + 1AO2pz 2AOsp có 2 electron.Mỗi AOsp có 1 electron độc thân xen phủ với hai AO1s của 2 nguyên tử H tạo thành hai liên kết  Góc HBeH = 1800.

+ SO2: S ở trạng thái lai hóa sp2, 1AO3s + 2AO3p 3AOsp2 2AOsp2 của S cómột electron độc thân xen phủ với hai AO2p của hai nguyên tử O tạo thành hailiên kết  Một AO3p của S xen phủ bên với 2AO2p của hai nguyên tử O tạothành liên kết  giải tỏa đều trên ba nguyên tử Góc OSO  1200.

b) + NH4+: N ở trạng thái lai hóa sp3, ion NH4+ có dạng hình tứ diện đều.+ PCl5 có dạng hình học lưỡng tháp tam giác, P ở trạng thái lai hóa sp3d.

+ NH3: N ở trạng thái lai hóa sp3, phân tử có dạng hình chóp đáy là một tam giácđều (HNH).

+ SF6 có dạng hình bát diện đều, S ở trạng thái lai hóa sp3d2N

FSFF

C trong phân tử CO2 ở trạng thái lai hóa sản phẩm nên phân tử CO2 có cấu trúcthẳng, góc OCO = 1800 Do đó phân tử CO2 không phân cực.

S trong phân tử SO2 ở trạng thái lai hóa sp2 nên trong phân tử SO2 có gócOSO = 1200 Do đó phân tử SO2 phân cực.

Vì phân tử SO2 phân cực nên có nhiệt độ sôi cao hơn phân tử CO2 khôngphân cực Mặt khác nước là dung môi phân cực nên SO2 dễ hòa tan trong nướchơn CO2 do đó độ tan của SO2 lớn hơn CO2.

II.1.4.2 Bài tập không có lời giảiCâu 1 a) Góc liên kết là gì ?

b) Trong phân tử nước H2O, độ dài liên kết O-H bằng 0,96.10-10m và góc HOHbằng 104,50 Tính khoảng cách giữa hai nguyên tử H (theo nm) ?

Câu 2 a) Căn cứ vào nguyên tắc nào để xác định dạng hình học của các phân tử

và ion đơn giản.

b) Trên thực tế thường gặp những dạng nào ?

c) Dự đoán dạng hình học của một số phân tử và ion sau:- BeCl2, CO2, CS2, HCN, C2H2.

- BF3, CH2O, NO3-, CO32- - CH4, NH4+, SO42-, PO43-.

- NH3, PH3, H3O+, PF3.- H2O, SO2, SCl2, OF2

d) Hãy nêu một số bước cần tiến hành để xác định dạng hình học của các phântử trên.

e) Nhận xét về mối liên hệ giữa số nhóm electron xung quanh nguyên tử trungtâm và dạng hình học của các phân tử nếu trong phần c.

Câu 3 Trong phân tử amoniac NH3, độ dài liên kết l của các liên kết N - H bằng100 pm Góc liên kết HNH bằng 1070 Tính khoảng cách giữa hai nguyên tửhiđro (theo pm).

b) Dựa trên thuyết liên kết hóa trị hãy vẽ các dạng hình học phân tử có thể cócủa ClF3.

c) Mô tả rõ dạng hình học phân tử tồn tại trong thực tế của ClF3, giải thích vì saonó tồn tại ở dạng này.