Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang CHƯƠNG IX: THUYẾT LIÊN KẾT HOÁ TRỊ ( THUYẾT VB) 9 tiết (6 lí thuyết, 3 bài tập ) Ngày soạn: 30/10/2010 Ngày giảng: 13/12/2010 – 24/12/2010 I. Mục tiêu bài giảng Sau khi học xong chương này SV cần nắm được: 1. Kiến thức - Các luận điểm của thuyết VB - Sự hình thành liên kết xich ma, pi. Liên kết cho nhận và điều kiện có liên kết cho nhận - Sự lai hoá, các dạng lai hoá: khái niệm, góc giữa các AO lai hoá. - Thuyết spin về hoá trị, sơ đồ hoá trị 2. Kĩ năng - Dựa vào thuyết lai hoá giải thích góc liên kết, xác định được dạng lai hoá - Giải thích sự hình thành liên kết trong các phân tử theo thuyết VB - Dựa vào thuyết spin xác định hóa trị tối đa của một nguyên tố 3. Thái độ tình cảm - Tin tưởng vào khoa học, chân lí khoa học - Tinh thần làm việc nghiêm túc, sáng tạo - Lòng ham mê khoa học, yêu thích bộ môn hoá học II. Chuẩn bị - GV: Giáo án, giáo trình - SV: bài chuẩn bị, giáo trình III. Phương pháp giảng dạy - Phương pháp dạy học nêu vấn đề - Phương pháp đàm thoại gợi mở - Phương pháp thuyết trình, kèm theo giải thích minh hoạ - Phương pháp luyện tập IV. Nội dung bài giảng Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang Hoạt động của GV và SV Nội dung bài dạy Hoạt động: Nghiên cứu các luận điểm cơ sở Hoạt động 1: Nghiên cứu khái niệm lai hoá - SV căn cứ vào kiến thức đã biết và giáo trình nêu khái niệm lai hoá Hoạt động 2: Nghiên cứu đặc điểm - Các AO lai hoá có đặc điểm gì? 4 đặc điểm chính:… Bài 1: CÁC LUẬN ĐIỂM CƠ SỞ Bao gồm các luận điểm sau: 1. Coi cấu tạo e của nguyên tử vẫn được bảo toàn khi hình thành phân tử. Khi 2 AO hoá trị của nguyên tử xen phủ nhau tạo liên kết hoá học thì vùng xen phủ đó là chung cho cả 2 nguyên tử 2. Mỗi liên kết hoá học giữa 2 nguyên tử được đảm bảo bởi 2 e có spin đối song, không có sự hình thành liên kết bởi 1e hay từ 3 e trở lên 3. Sự xen phủ giữa 2AO có e độc thân của 2 nguyên tử càng mạnh thì liên kết được tạo ra càng bền (nguyên lý xen phủ cực đại) liên kết hoá học được phân bố theo phương có khả năng lớn nhất về sự xen phủ của 2 AO ( thuyết hoá trị định hướng) Bài 2: THUYẾT LAI HÓA I. Khái niệm 1. Khái niệm Lai hoá là sự tổ hợp tuyến tính các AO hoá trị nguyên chất (thuần khiết) chỉ số lượng tử e khác nhau của cùng một nguyên tử tạo ra các AO mới có cùng năng lượng 2. Đặc điểm - Điều kiện để các AO hoá trị tham gia lai hoá được phải có năng lượng gần bẳng nhau - Số AO lai hoá thu được bằng tổng số các AO tham gia tổ hợp tuyến tính. - Các AO lai hoá là các AO suy biến, nghĩa là các Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang Hoạt động 3: Nghiên cứu các dạng lai hoá - Có những loại lai hoá nào? Có : sp, sp 2 , sp 3 , sp 3 d 2 … - Thế nào là lai hoá sp? - Góc giữa 2 AO là bao nhiêu? - ứng dụng của lai hoá sp? - Xác định góc liên kết trong phân tử CO 2 - Thế nào là lai hoá sp 2 ? - Góc giữa 2 AO là bao nhiêu? - ứng dụng của lai hoá sp 2 ? - Xác định AO có cùng năng lượng - Đặc điểm hình học của AO lai hoá là có một phẩn nở rộng còn đầu kia bị thu hẹp II. Các dạng lai hoá chủ yếu 1. Lai hoá sp - Là sự tổ hợp tuyến tính giữa 1AO s với 1 AO p tạo thành 2AO lai hoá sp 1AO s+ 1AO p = 2AO sp - Mô tả Hình dạng và sự phân bố trong không gian của AO sp - Góc giữa 2 AO lai hoá là 180 0 - ứng dụng : giải thích liên kết hoá học trong phân tử BeH 2 , C 2 H 2 2. Lai hoá sp 2 - Là sự tổ hợp tuyến tính giữa 1AO s với 2 AO p tạo thành 3AO lai hoá sp 2 1AO s+ 2AO p = 3AO sp 2 - Mô tả: Hình dạng và sự phân bố trong không gian của AO sp 2 - Góc giữa 2 AO lai hoá là 120 0 Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang - Thế nào là lai hoá sp 3 ? - Góc giữa 2 AO là bao nhiêu? - ứng dụng của lai hoá sp 3 ? - Giải thích sự hình thành liên kết trong phân tử CH 4 - GV yêu cầu SV lập bảng so sánh 3 loại lai hoá này với nhau Hoạt động 1: Nghiên cứu nguyên lí xen phủ cực đại - Nội dung của nguyên lí xen phủ cực đại VD: Có năng lượng liên kết: F- F: 158, Cl-Cl: 243, H- H:436 Hãy so sánh khả năng xen phủ của các AO hoá trị trong 3 - ứng dụng : giải thích liên kết hoá học trong phân tử C 2 H 4 , … 3. Lai hoá sp 3 - Là sự tổ hợp tuyến tính giữa 1AO s với 3 AO p tạo thành 4AO lai hoá sp 3 1AO s+ 3AO p = 4AO sp 3 - Mô tả: Hình dạng và sự phân bố trong không gian của AO sp 3 - Góc giữa 2 AO lai hoá là 109 0 28’ - ứng dụng : giải thích liên kết hoá học trong phân tử CH 4 , NH 3 … Bài 3: NGUYÊN LÍ XEN PHỦ CỰC ĐẠI. THUYẾT HÓA TRỊ ĐỊNH HƯỚNG I. Nguyên lí xen phủ cực đại 1. Mở đầu - Theo VB: liên kết hoá học giữa 2 nguyên tử hình thành do sự xen phủ 2 AO hoá trị - Sơ đồ: - Vậy liên kết tạo ra càng bền nếu sự xen phủ 2AO càng mạnh 2. Nguyên lý xen phủ cực đại - Liên kết hoá học giữa 2 nguyên tử sẽ được phân bố theo phương nào mà ở đó có sự xen phủ lớn nhất của 2AO tham gia liên kết II. Thuyết hoá trị định hướng Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang trường hợp trên và vẽ hình minh hoạ? Hoạt động 2: Nghiên cứu thuyết hoá trị định hướng - Nội dung thuyết hoá trị định hướng? - Áp dụng Giải thích góc liên kết HSH trong H 2 S là 92 0 , HOH trong H 2 O là 104,5 0 Hoạt động 1: Liên kết xich ma - Nêu khái niệm liên kết xich ma? Ví dụ? - Đặc điểm của liên kết xich ma? - Những AO nào có thể tham gia hình thành liên kết xich ma và biểu diễn sự xen phủ của các AO đó? Hoạt động 2: Nghiên cứu liên 1. Nội dung - Sự định hướng của nguyên tử thâm gia liên kết thể hiện ở sự có trị số xác định góc liên kết trong phân tử nhiều nguyên tử 2. Một số áp dụng Giải thích góc liên kết HSH trong H 2 S là 92 0 , HOH trong H 2 O là 104,5 0 Bài 4: LIÊN KẾT XICHMA, LIÊN KẾT PI. SƠ ĐỒ HÓA TRỊ. SỰ CHỒNG CHẤT SƠ ĐỒ HÓA TRỊ I. Liên kết xich ma, liên kết pi 1. Mở đầu - AO muốn só sự hình thành liên kết cần thoả mãn: + Các AO tham gia xen phủ phải có năng lượng xấp xỉ với nhau + Các AO đó phải phù hợp nhau về tính đối xứng + Độ xen phủ giữa 2 AO đó phải đủ lớn 2. Liên kết xich ma a. Khái niệm - Liên kết hoá học giữa 2 nguyên tử mà vùng xen phủ 2 AO được phân bố dọc đường nối tâm của 2 nguyên tử đó, được gọi là liên kết xich ma, kí hiệu σ - Đường nối tâm 2 hạt nhân : trục liên kết σ b. Đặc điểm - Liên kết σ là liên kết bền - Có tính đối xứng với trục liên kết (các nguyên tử có thể quay quanh trục liên kết mà không ảnh hưởng đến liên kết) Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang kết pi GV: Khái niệm? VD? SV: trả lời VD: O=O GV: hãy biểu diễn sự xen phủ AO tạo liên kết pi? GV: Đặc điểm liên kết pi? Hoạt động: Nghiên cứu sơ đồ hoá trị - Thế nào là vạch hoá trị? - Hãy biểu diễn vạch hoá trị cho công thức NH 3 , NH 4 + Hoạt động: Nội dung thuyết hoá trị spin GV: Nêu quan điểm cơ sở? áp dụng: hãy xác định hoá trị cao nhất của các nguyên tố c. Những AO có thể tham gia liên kết xich ma AO s-AO s AO p - AO p AO s- AO p AO sp-AO s AO sp2- AO s AO sp3- AO s AO sp-AO sp… 3. Liên kết pi a. Khái niệm - Liên kết được tạo ra từ sự xen phủ 2 AO p nguyên chất của 2 nguyên tử tham gia liên kết mà mặt phẳng chứa liên kết này vuông góc với trục liên kết σ giữa 2 nguyên tử, kí hiệu π b. Đặc điểm - Các AO–p tạo liên kết π không đối xứng với trục liên kết σ mà chỉ đối xứng qua mặt phẳng σ . Do đó liên kết π cản trở sự quay của các nguyên tử quanh trục liên kết σ - Liên kết π kém bền II. Sơ đồ hoá trị 1. Khái niệm a. Vạch hoá trị - Vạch biểu diễn 1 đôi e hoá trị là đôi e riêng hay đôi e liên kết được gọi là vạch hoá trị b. Sơ đồ hoá trị - Sơ đồ trong đó kí hiệu các nguyên tử được viết theo một thứ tự xác định và nối với nhau bằng những vạch hoá trị thành 2 cặp nguyên tử sao cho về nguyên tắc có nhiều nhất số liên kết, số lượng vạch xuất phát từ mỗi nguyên tử phải ứng đúng hoấ trị của nguyên tử đó. 2. Sự chồng chất sơ đồ hoá trị Bài 5: THUYẾT SPIN VỀ HÓA TRỊ Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang chu kì 2? GV: Dựa vào thuyết spin xác định hoá trị có thể có của clo? Hoạt động: Nghiên cứu liên kết cho nhận GV: Khái niệm liên kết cho nhận? Nêu VD? SV: liên kết cho nhận… VD: NH 4 + , SO 2 GV: Các đặc điểm của liên kết cho nhận? SV: Trả lời GV: Các hợp chất như thế nào thì có liên kết cho nhận? SV: phải có cặp e chưa liên kết I. Nội dung 1. Quan điểm cơ sở Hoá trị của một nguyên tử được xác định bởi số e độc thân mà nguyên tử đó có ở trạng thái đang xét 2. Áp dụng Xét chu kì 2: 4 AO hoá trị Vậy nguyên tử của nguyên tố chu kì 2 có nhiều nhất 4 e độc thân nghĩa là hoá trị cao nhất của nguyên tử nguyên tố chu kì 2 là 4 II. Mở rộng cách tính hoá trị theo thuyết spin - Xác định cộng hoá trị dựa vào số liên kết cộng hoá trị mà nguyên tử được xét tham gia Bài 6: LIÊN KẾT CHO NHẬN I. Khái niệm - Liên kết hoá học giữa hai nguyên tử mà đôi e tạo ra liên kết đó trước khi có liên kết thuộc về một nguyên tử được gọi là liên kết cho nhận - Kí hiệu -> chỉ liên kết cho nhận, gốc từ chất cho, đầu mũi tên đến chất nhận II. Đặc điểm - Nguyên tử có đôi e đưa vào liên kết, nguyên tử đó gọi là nguyên tử cho - Nguyên tử chỉ có AO trống trước liên kết gọi là nguyên tử nhận - Đôi e hình thành liên kết do cho nhận được thể hiện bằng mũi tên theo hướng từ nguyên tử cho sang nguyên tử nhận - Liên kết cho nhận tương đương liên kết cộng hoá trị về mọi mặt III. Điều kiện để có liên kết cho nhận Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang - Có đôi e riêng - Có AO trống V. Rút kinh nghiệm giờ dạy: Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh . của thuyết VB - Sự hình thành liên kết xich ma, pi. Liên kết cho nhận và điều kiện có liên kết cho nhận - Sự lai hoá, các dạng lai hoá: khái niệm, góc giữa các AO lai hoá. - Thuyết spin về hoá trị, . nhân : trục liên kết σ b. Đặc điểm - Liên kết σ là liên kết bền - Có tính đối xứng với trục liên kết (các nguyên tử có thể quay quanh trục liên kết mà không ảnh hưởng đến liên kết) Khoa Tự. định cộng hoá trị dựa vào số liên kết cộng hoá trị mà nguyên tử được xét tham gia Bài 6: LIÊN KẾT CHO NHẬN I. Khái niệm - Liên kết hoá học giữa hai nguyên tử mà đôi e tạo ra liên kết đó trước