General ChemistryChương 4 Liên kết hóa học và cấu tạo phân tử... Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 8 of 35Các học thuyết về liên kết hoá học Thuyết điện hoá...
Trang 1General Chemistry
Chương 4 Liên kết hóa học
và cấu tạo phân tử
Trang 2Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 2 of 35
Trang 3Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 3 of 35
4.1.2.Một số đặc trưng của liên kết
Độ dài liên kết
•Khái niệm : khoảng cách giũa 2 hạt nhân của các nguyên tử tương tác với nhau
Trang 4Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 4 of 35
4.1.2.Một số đặc trưng của liên kết
Góc hoá trị : góc tạo thành bởi 2 đoạn thẳng nối hạt nhân
nguyên tử trung tâm với 2 hạt nhân nguyên tử liên kết
Trang 5Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 5 of 35
4.1.2.Một số đặc trưng của liên kết
Trang 6Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 6 of 35
4.1.2.Một số đặc trưng của liên kết
Năng lượng liên kết:
E
n AB B
n
Trang 7Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 7 of 35
4.1.2.Một số đặc trưng của liên kết
Bậc liên kết
• Khái niệm: số liên kết tạo thành giữa 2 nguyên tử
tương tác trực tiếp nhau
• Quy luật : Bậc liên kết d & E lk
Độ mạnh LK
Độ dài LK
Trang 8Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 8 of 35
Các học thuyết về liên kết hoá học
Thuyết điện hoá
Trang 9Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 9 of 35
Thuyết cấu tạo
-Hạn chế : bản chất thật sự của liên kết hoá học ?
Các học thuyết về liên kết hoá học
Trang 10Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 10 of 35
Thuyết electron
-Nội dung
2 ng.tử tiếp xúcLơp vỏ “e” ngoài cùng thay đổi Đạt 8
chung tạo thành Liên kết hoá học
2 loại liên kết:
-Hạn chế : bản chất thật sự của liên kết hoá học ?
Các học thuyết về liên kết hoá học
Trang 11Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 11 of 35
Lực đẩy
Lực hút
Đám mây electron
Hạt nhân
Các học thuyết về liên kết hoá học
Thuyết cơ lượng tử
Trang 12Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 12 of 35
4.1.3.Lý thuyết lượng tử về liên kết hoá học
Thuyết cơ lượng tử
• Ví dụ
• Phân tử gồm một số giới hạn các hạt nhân ng.tử và các “e”
tương tác với nhau & được phân bố xác định trong không
gian, tạo thành một cấu trúc bền vững
Trang 13Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 13 of 35
Trang 14Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 14 of 35
4.2.1.Cơ chê tạo thành liên kết ion
Trang 15Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 15
• Ví dụ: NaCl : χ Na = 0.9 , χ Cl = 3.0
4.2.1.Cơ chê tạo thành liên kết ion
Trang 16Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 16
Trang 17HUI© 2006 General Chemistry: Slide 17 of 48
4.2.2 Điều kiện tạo thành liên kết ion
Trang 18HUI© 2006 General Chemistry: Slide 18 of 48
4.2.3.Tính chất đặc trưng của l kết ion.
Tính không định hướng: hút ion trái dấu theo
Trang 19HUI© 2006 General Chemistry: Slide 19 of 48
Sự phân cực
• Cation “+” : hút đám mây “e” của anion Che phủ
Xuất hiện liên kết cộng hoá trị
• Anion “-” : đẩy đám mây “e” Biến dạng ion
Vùng che phủ
-4.2.3.Tính chất đặc trưng của l kết ion.
Trang 20HUI© 2006 General Chemistry: Slide 20 of 48
4.3 Liên kết cộng hoá trị
4.3.1.Thuyết điện tử (Thuyết Lewis)
3.3.1.1.Cơ chế 3.3.1.2Điều kiện 3.2.1.3.Tính chất đặc trưng
4.3.2.Thuyết cơ học lượng tử
4.3.2.1.Thuyết liên kết hoá trị (VB-valence bond)
Thuyết hoá trị spin (Thuyết Pauling) Thuyết lai hoá (Thuyết Pauling-Slater) 4.3.2.2.Thuyết orbital phân tử
(MO-moleculer orbital)
Trang 21Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 21
• Ví dụ 1: H-H => H 2
3.3.1.1 Cơ chế (Thuyết Lewis)
Trang 22Tháng 02.2006
TS Hà Văn Hồng22
Trang 23HUI© 2006 General Chemistry: Slide 23 of 48
4.2.1 Liên kết cộng hoá trị (Lewis)
Cấu hình “e” vững bền của các khí trơ
- Vỏ điện tử : 2e như H 2 Khí Heli (He)
- Vỏ điện tử : 8e như H 2 O Khí Neon (Ne)
Trang 24HUI© 2006 General Chemistry: Slide 24 of 48
Trang 25HUI© 2006 General Chemistry: Slide 25 of 48
Trang 26HUI© 2006 General Chemistry: Slide 26 of 48
Trang 27HUI© 2006 General Chemistry: Slide 27 of 48
: H
H
Trang 28Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 28
Điều kiện : Độ âm điện ∆ χ 2
∆ χ 2 Cộng hoá trị phân cực
∆ χ = 0 Cộng hoá trị thuần tuý
4.3.1.2.Điều kiện liên kết cộng hoá trị
Trang 29Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 29
Tính có hướng
Tính bão hoà : không rõ
Năng lượng liên kết
E = 20 – 72 kj/mol :=> Liên kết khá bền vững
4.3.1.3.Tính chất đặc trưng
liên kết cộng hoá trị
Trang 31Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 31
H-H => H 2
Thuyết CHLT : Sự hình thành H 2
Trang 32HUI© 2006 General Chemistry: Slide 32 of 48
Thuyết CHLT : Sự hình thành H 2
Trang 33HUI© 2006 General Chemistry: Slide 33 of 48
• Trường hợp 2 ng.tử có spin ngược chiếu
- Khi tiến gần : Lực hút > Lực đẩyNăng lượng
-Khi cách nhau r o : mây “e” che phủ lên nhau
Liên kết cộng hoá trịLực hút hạt nhân
Năng lượng=min H 2 hình thành
-Tiếp tục tiến gần : Lực đẩy >Lực hút Năng lượng
• Trường hợp 2 ng.tử có spin cùng chiếu
- Khi tiến gần : Lực đẩy >Lực hút Năng lượng
H 2 không hình thành
• Kết luật : LKCHT hình thành do cặp “e” có spin
ngược
Thuyết CHLT : Sự hình thành H 2
Trang 34HUI© 2006 General Chemistry: Slide 34 of 48
Trang 35HUI© 2006 General Chemistry: Slide 35 of 48
4.3.2.1.Thuyết hoá trị spin-Pauling
1- Liên kết hình thành do sự ghép đôi của 2e độc
thân có spin trái dấu
Trang 36HUI© 2006 General Chemistry: Slide 36 of 48
Tính bão hoà của liên kết cộng hoá trị
Chu kỳ 2 : chuyển “e” thực hiện được trong cùng lớp
Trang 37HUI© 2006 General Chemistry: Slide 37 of 48
Trang 38HUI© 2006 General Chemistry: Slide 38 of 48
Trang 39HUI© 2006 General Chemistry: Slide 39 of 48
Tính có hướng của liên kết cộng hoá trị
Liên kết tạo thành theo những hướng nhất định
Trang 40
HUI© 2006 General Chemistry: Slide 40 of 48
Tính có hướng của liên kết cộng hoá trị
Liên kết tạo thành theo những hướng nhất định
Tâm ng.tử H phải nằm trên trục của orbital P
Trang 41
HUI© 2006 General Chemistry: Slide 41 of 48
Trục của 2 orbital P z phải trùng nhau
Trang 42
HUI© 2006 General Chemistry: Slide 42 of 48
2 hạt nhân ng.tử Hydro (H) phải nằm trên trục của orbital P của ng.tử lưu huỳnh (S)
Trang 43
HUI© 2006 General Chemistry: Slide 43 of 48
• Liên kết cộng hoá trị có cực
< 2 Mây che phủ phân bố không đều
• Liên kết cộng hoá trị không có cực
= 0 Mây che phủ phân bố đều
Tính phân cực của liên kết cộng hoá trị
Trang 44HUI© 2006 General Chemistry: Slide 44 of 48
Nội dung : t rộn 2 hay nhiều Orbttan ng.tử (AO) để tạo thành các orbital mới ( Orbital lai hóa)
• Trộn ít nhất 2 AO có mức năng lượng khác nhau ( ví dụ S &
P) Các orbital lai hoá: có hình dạng, kích thước, năng lượng giống nhau
• Liên kết hoá học được hình thành nhờ :
- Sự che phủ đám mây điện tử của orbital lai hoá & các AO
- Sự che phủ đám mây điện tử của orbital lai hoá & các orbital lai hóa khác
• Số orbital lai hoá = Số orbital tham gia lai hoá
4.3.2.1 Thuyết lai hoá ( Pauling +Slater)
Trang 45an s-orbital the three p orbitals
Trang 461xS +1x P SP-orbitals
Kiểu lai hóa Số lai hóa Cấu hình
Góc liên kết : 180o
Trang 471xS +2xP SP 2 -orbitals
Kiểu lai hóa Số lai hóa Cấu hình
Góc liên kết :120o
Trang 481xS +3xP SP 3 -orbitals
Kiểu lai hóa Số lai hóa Cấu hình
Góc liên kết : 109o5
Trang 49Liên kết sigma ()
Trang 50Liên kết pi ()
Trang 51HUI© 2006General Chemistry:
X-Tổng số “e” hoá trị của các ng.tử trong phân tử
Y-Tổng số “e” hoá trị đã liện kết
(X-Y)/2 - số cặp e hoá trị tự do
T = 2 : Ng.tử trung tâm có lai hoá SP
T = 3 : Ng.tử trung tâm có lai hoá SP2
T = 4 : Ng.tử trung tâm có lai hoá SP3
2
Y X
T
Trang 52HUI© 2006General Chemistry:
Nếu có a điện tích +; tổng e hóa trị X-a
Nếu có b điện tích -; tổng e hóa trị X+b
2.Tính Y
8e cho mỗi nguyên tử biên nói chung 2e cho mỗi ng.tử biên là hydro)
Trang 53HUI© 2006General Chemistry:
Trang 54Lai hóa sp
Ví dụ 1: phân tử BeCl 2
T o orbital lai ạo orbital lai hĩa
Trang 59HUI© 2006 General Chemistry: Slide 59 of 48
Hạn chế :Thuyết hoá trị spin
Trang 60HUI© 2006 General Chemistry: Slide 60 of 48
4.3.2.2.Thuyết orbital phân tử (MO)
Phân tử là nguyên tử đa nhân: Các hạt nhân & Các electron
Phương pháp gần đúng : MO-LCAO
(PP orbital phân tử-Tổ hợp tuyến tính các orbital ng.tử )
(Moleculer Orbitals-Linear Combination of Atomic Orbitals)
Điện tử hóa trị liên kết Phân tử
Trang 61HUI© 2006 General Chemistry: Slide 61 of 48
4.3.2.2.Thuyết orbital phân tử (MO)
Điều kiện tổ hợp các orbital nguyên tử
Năng lượng các AO phải xấp xỉ nhau
Các AO phải xen phủ rõ rệt
Cấu trúc “e” của phân tử
Tuân theo N.lý bền vững + N.lý Pauly+Q.tắc Hund
Trang 62
HUI© 2006 General Chemistry: Slide 62 of 48
4.3.2.2.Thuyết orbital phân tử (MO)
Đại lượng đặc trưng
Bậc liện kết
n-số “e” liên kết n* -số “e” phản liên kết
Năng lượng liên kết (E)
N
Trang 63Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 12 Slide 63 of 47
Hình dạng MO liên kết & MO phản liên kết
Trang 64Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 12 Slide 64 of 47
Hình dạng MO liên kết & MO phản liên kết
Trang 65Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 12 Slide 65 of 47
Combining p orbitals
Trang 66Ví dụ 1: H + H+ H2 +
Lập các MO
Mỗi ng.tử có 1 orbital hóa trị : 1S
Giản đồ năng lượng
0 2
1
1S C S C S
) (
5
5
Trang 67HUI© 2006 General Chemistry: Slide 67 of 48
Trang 68HUI© 2006 General Chemistry: Slide 68 of 48
0 2
Trang 70HUI© 2006 General Chemistry: Slide 70 of 48
Trang 71HUI© 2006 General Chemistry: Slide 71 of 48
Trang 72HUI© 2006 General Chemistry: Slide 72 of 48
Lập các MO
-Tổ hợp thứ 3: 2 AO 2PX của 2 ng.tử
-Tổ hợp thứ 4: 2 AO 2PY của 2 ng.tử
2 6
Trang 73 1s < 1s < 2s < 2s < 2px = 2py < 2pz < *
2px = *
2py < *
2pz
Giản đồ năng lượng
E2S E2p :Ng.tử đầu chu kỳ (Li, Be, B, C, N)
Trang 74 Giản đồ năng lượng
E2S < E2p : Ng.tử cuối chu kỳ (O, F, Ne)
1s < 1s < 2s < 2s < 2pz < 2px = 2py < *
2px = *
2py < *
2pz
Trang 75
Trang 762s2s*
Trang 772s2s*
Trang 782p2z
2
*
2
Y X
S
S
12
22 2
1 2
Trang 79*
2
Y X
S
S
22
2 2 2
2 2
2p
2p2z
Trang 802 2
*
2
Z Y
X S
S
32
2 2 2
3 2
2p
2p2z
Trang 812 2
11
22
22
*
2
Y X
Y X
Z S
S
(Chu kỳ 2 : Li , Be , B , C , N , O , F, Ne)
Trang 8222 2
2
*2
*22
22
*
2
Y X
Y X
Z S
S
(Chu kỳ 2 : Li , Be , B , C , N , O , F, Ne)
Trang 8322 2
2
*2
*2
*22
22
*
2
Z Y
X Y X
Z S
Trang 84HUI© 2006 General Chemistry: Slide 84 of 48
Trang 85HUI© 2006 General Chemistry: Slide 85 of 48
Trang 87HUI© 2006 General Chemistry: Slide 87 of 48
Trang 882 2
2
* 2
z p y P x
P s
Trang 892 2
* 2
z p y P x
P s
Trang 902 2
2 2
2
*
2
x P z p y P x
P s
Trang 91HUI© 2006 General Chemistry: Slide 91 of 48
Trang 924.4.Phân tử phân cực &
Phân tử không phân cực
Trang 93Cl = 3.0
Na = 1.0
= 3.0 – 0.9 = 2.1
Ionic
4.3.Phân tử phân cực &
Phân tử không phân cực
Trang 944.3.Phân tử phân cực &
Phân tử không phân cực
electron poor region
m C m
Trang 954.3.Phân tử phân cực &
Phân tử không phân cực
Phân tử phân cực (có cực)
Trọng tâm điện tích dương của các hạt nhân & trọng tâm điện tích âm của các electron không
trùng nhau
Cấu trúc phân tử : không đối xứng
Phân tử không phân cực (không cực)
Trọng tâm điện tích dương của các hạt nhân & trọng tâm điện tích âm của các electron có trùng nhau
Cấu trúc phân tử : đối xứng
Trang 96Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 96
Tính chất từ
Mỗi điện tử “e” chuyển động => dòng điện nhỏ
=> Từ trường yếu => Momen từ
Trang 99 Lực hút tĩnh điện: Ion (+) hút điện tử (-)
Lực đẩy: Ion (+) đẩy Ion (+)
=> Lực hút = Lực đẩy => Liên kết kim loại
4.4.Liên kết kim lọai
Trang 100Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 100
4.4.Liên kết kim lọai
•Liên kết kim loại :
Liên kết nhiều tâm vì các khí “e” đồng thời thuộc về toàn
bộ các nguyên tử
Trang 101Electron tự do
Electron trong nguyên tử
Nguyên tử tại nút mạng tinh thể
Nhân
Ion
Electron tự do
Trang 102Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 102
Đặc điểm:
E =6–50 kj/mol (nhỏ)=> Liên kết bến vững
Tính không có hướng:
Ion (+) ≈ qủa cầu mang điện
Điện trường như nhau theo mọi phương :
-H út các điện tử (e) tự do
-Đ ẩy các ion (+) xung quanh
Tính không bão hoà: không hạn định số lượng
=> T ập hợp các Ion (+) trong biển (e) tự do
=> Tinh thể kim loại
4.4.Liên kết kim lọai
Trang 103Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 103
Mô hình dải năng lượng (Thuyết MO)
2 Ng.tử cùng loại gần nhau : T/tác với nhau
Trang 104Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 104
Hệ nhiều ngtử : 3, 4, 5…N ngtử Tương tác
N/2 MO liên kết N/2 MO phản liên kết
E :N mức liên tục E: min Dải năng lượng
4.4.Liên kết kim lọai
Trang 105Dải năng lượng của các MO
AO
MO-PLK 14/2 = 7
MO-LK 14/2 = 7
N=14 (nhỏ)
AO
N= vô cùng lớn
MO-LK N/2 MO-PLK N/2
Trang 108Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 108
Cơ chế:
H = 2.1 < χ F = 4
H + & F - Liên kết cho-nhận
Trang 109Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 109
Ví dụ: liên kết hydro trong nước
4.5.Liên kết Hydro
Trang 110Điều kiện
• X-H : x lớn ; X : F, O , N
• Y-H: Y có cặp “e” chưa sử dụng ; Y : F, O , N
“e” của H dịch chuyển về X H +
H + chui vào vỏ Y - (anion) của phân tử Y-H
4.5.Liên kết Hydro
Trang 111Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 111
Phân loại
• Liên kết hydro liên phân tử
Tạo thành giữa các phân tử
• Liên kết hydro nội phân tử
Tạo thành trong 1 phân tử
4.5.Liên kết Hydro
Trang 113Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 113
Ảnh hưởng liên kết hydro đến tính chất của các chất
• Biến đổi lý tính : T s
4.5.Liên kết Hydro
Trang 114Thay đổ khối lượng riêng
Nước : Nước : kết tinh : Đá nổi ?
Trang 115Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 115
Ảnh hưởng liên kết hydro đến tính chất của các chất
• Biến đổi hoá tính
-Độ phân ly của axit : giảm
-Độ tan : tăng
Ví dụ : Rượu + Nước : hoà tan vô hạn
4.5.Liên kết Hydro
Trang 116Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 116
4.6.Liên kết Vandevan
Khái niệm: lực tương tác giữa các phân tử Lực Vandevan
Trang 117Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 117
4.6.Liên kết Vandevan
Trang 118Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 118
4.6.Liên kết Vandevan
Các loại lực hút
Tương tác giữa các phân tử có cực
1 – Momen lưỡng cực của phân tử1
2 – Momen lưỡng cực của phân tử 2
r-Khoảng cách giữa 2 phân tử
3
2 1
2
r
Trang 119Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 119
4.6.Liên kết Vandevan
Tương tác giữa phân tử có cực & phân tử không cực
– Độ phân cực của phân tử
– Momen lưỡng cực của phân tử có cực
r-Khoảng cách giữa 2 phân tử
Trang 120 – Độ phân cực của phân tử
vo – Tần số dao động của lưỡng cực tạm thời
h-Hằng số Plank
6
2 4
Trang 122Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 122
Đặc điểm:
Năng lượng liên kết
E = H h + E đ < 40 kj/mol (nhỏ) < E hydro => Liên kết yếu
Vì xuất hiện trên những khoảng cách lớn
Tính không bão hoà
4.6.Liên kết Vandevan
