HÓA ĐẠI CƯƠNG B1 - CHƯƠNG 2 pot

Chương 2 Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNGNỘI DUNG NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ LIÊN KẾT HÓA HỌC LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ LIÊN KẾT ION LIÊN KẾT KIM LOẠI LIÊN KẾT GIỮA CÁC PHÂN TỬ... Chương 2 Bài giảng H

Trang 1

Chương 2 Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG

CHƯƠNG II LIÊN KẾT HÓA HỌC VÀ

CẤU TẠO PHÂN TỬ

Trang 2

NỘI DUNG

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ LIÊN KẾT HÓA HỌC

LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ

LIÊN KẾT ION

LIÊN KẾT KIM LOẠI

LIÊN KẾT GIỮA CÁC PHÂN TỬ

Trang 3

1.1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ LIÊN KẾT HÓA HỌC

Tự đọc để hiểu được về:

- Bản chất liên kết và các loại liên kết hóa học

- Các đặc trưng liên kết hóa học: độ dài liên kết, năng lượng liên kết, góc hóa trị

- Sơ lược về sự phát triển của lý thuyết liên kết hóa học.

Trang 4

2.2 LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ

2.2.1 Phương pháp liên kết hóa trị (VB).

a- Nội dung cơ bản:

* Khái niệm về liên kết cộng hóa trị (LKCHT):

- LKCHT cơ sở trên cặp e góp chung do các

nguyên tử tương tác đóng góp ( liên kết 2 e – 2 tâm)

- LKCHT được tạo thành do sự che phủ nhau

Trang 5

- Độ bền của LKCHT phụ thuộc vào độ che

phủ của các AO: phụ thuộc vào kích thước, hình

dạng của AO, hướng che phủ

Độ che phủ càng lớn liên kết càng bền và liên kết được tạo thành khi độ che phủ đạt cực đại

- LKCHT trong công thức được biểu diễn bằng

2 chấm hay gạch nối

Ví dụ: liên kết trong phân tử hyđro:

Trang 6

Ví dụ: sự che phủ cặp đôi giữa 2 AO s và 2 AO p.

Trang 7

* Khả năng tạo LKCHT của nguyên tố và tính bão

hòa của LKCHT:

- Cơ chế và khả năng tạo LKCHT của nguyên tố:

• Cơ chế ghép đôi: Liên kết được hình thành do

sự che phủ lẫn nhau giữa 2 AO hóa trị chứa các e độc thân.

Ví dụ: Sự tạo thành liên kết trong phân tử

hyđro:

Trang 8

Khả năng tạo LKCHT được quyết định bởi số e hóa trị độc thân cuả nguyên tử nguyên tố (hay bởi số AO hóa trị chứa e hóa trị độc thân) Tuy nhiên, số e hóa trị độc thân của nguyên tử nguyên tố có thể thay đổi (tăng hay giảm do sự kích thích).

+

Trang 9

Ví dụ: cấu hình e của cacbon ở trạng thái bình

thường (C) và kích thích (C*):

C: 1s 2 2s 2 2p 2

C* : 1s 2 2s 1 2p 3

) p 2 p

2 p

2

( 1x 1y 0z

) p 2 p

2 p

2 ( 1x 1y 1z

Trang 10

Liên kết tạo thành khi mức độ che phủ của các AO đạt cực đại:

→Các AO phải che phủ nhau theo hướng nhất

định

→Liên kết phải được tạo thành theo hướng

nhất định và phân tử tạo thành có cấu hình

không gian nhất định

Trang 11

2 liên kết H − Te được tạo thành do sự che phủ của các AO 1s (của H) với 5p (của Te) dọc theo các trục tọa độ (hướng che phủ cực đại)

o

90H

Te

Trang 12

(chất cho) và ion H + (chất nhận):

H 3 N: + H + → [ H 3 N : H ] +

- Tính bão hòa của LKCHT:

Số LKCHT cực đại của nguyên tố bằng số

AO hóa trị của nó: tính bão hòa của LKCHT.

* Tính định hướng của LKCHT và sự lai hóa các

Trang 13

- Sự lai hóa các AO:

Trong thực tế có nhiều hợp có

cấu hình không gian phân tử

không thể được giải thích bằng sự

che phủ thông thường của các

AO s ,p , d , f … tạo nên các liên

kết trong những hợp chất đó.

1s

1s 5p

5p

H

H Te

Ví dụ: các hợp chất H2 O (dạng góc, ), HOH =∧ 104,5o

o

∧

Trang 14

Để giải thích Pauling và Slater đưa ra

thuyết lai hóa các AO:

Các nguyên tử khi tương tác với nhau

có thể dùng những AO “trộn lẫn” mới được

tạo thành do sự tự che phủ nhau giữa các AO

s, p, d, f … trong nội bộ nguyên tử của mình (sự lai hóa các AO) để che phủ với các AO

Trang 15

Sự lai hóa có các đặc điểm sau:

• Orbital lai hóa tạo thành có hình dạng, năng

lượng hoàn toàn giống nhau, nhưng khác với

các AO tham gia lai hóa.

• Số orbital lai hóa tạo thành bằng số AO tham

gia lai hóa và phân bố rất đối xứng trong

không gian

• Có nhiều kiểu lai hóa khác nhau: sp, sp2 ,

Trang 16

Điều kiện lai hóa bền: các orbital tham gia lai hóa có: năng lượng gần nhau, mật độ e lớn, mức độ che phủ lớn

Z

y

Trang 17

- Xét một số kiểu lai hóa:

• Lai hóa sp :

Một orbital s che phủ với orbital p tạo thành

2 orbital lai hóa sp phân bố đối xứng trên một đường thẳng, nghĩa là dưới một góc

180 o

Trang 18

thẳng với góc hóa trị 180 O

Giải thích: nguyên tử Be trung tâm sử dụng 2 orbital lai hóa sp (được tạo thành từ

sự tự che phủ của 1 orbital 2s với 1 orbital 2p)

che phủ với các orbital 1s của 2 nguyên tử H

Trang 19

Trang 20

•Lai hóa sp 2 :

Một orbital s che phủ với hai orbital

bố đối xứng trên mặt phẳng theo hướng

đến 3 đỉnh của một tam giác đều, nghĩa là dưới những góc 120 o

Trang 21

với góc hóa trị 120 O

Giải thích: nguyên tử B trung tâm sử dụng

3 orbital lai hóa sp 2 (được tạo thành từ sự tự che phủ của một orbital s với 2 orbital 2p) che phủ với các orbital 3p của 3 nguyên tử Cl tạo thành

3 liên kết B−Cl

Trang 22

Trang 23

B

Trang 24

• Lai hóa sp 3 :

1 orbital s che phủ với 3 orbital p tạo thành 4 orbital lai hóa sp 3 phân bố đối xứng

trong không gian theo hướng đến 4 đỉnh của

một tứ diện đều, nghĩa là dưới những góc

109 o 28’

Trang 25

với góc hóa trị 109 O 28 ’

Giải thích: nguyên tử C trung tâm sử dụng 4 orbital lai hóa sp 3 (được tạo thành từ sự tự che phủ giữa orbital 2s với 3 orbital 2p) che phủ với các orbital 3p của các nguyên tử

Cl tạo thành 4 liên kết C−Cl

Trang 26

33

Trang 27

- Giải thích cấu hình không gian các phân tử

H 2 O, NH 3 , CH 4 :

•Các dạng góc, tháp tam giác, tứ diện đều của

chúng được giải thích bởi trạng thái lai hóa sp 3 của các nguyên tử trung tâm O, N, C (do các góc hóa trị của chúng bằng hoặc gần với 109 o 28’):

Các nguyên tử này sử dụng các orbital lai hóa

sp 3 để che phủ với các orbital 1s của các nguyên tử

Trang 28

• Sự sai lệch giữa góc hóa trị của H 2 O và NH 3 được giải thích bằng lý thuyết đẩy nhau giữa các cặp e hóa trị của Gillespie: các cặp e hóa trị tự do trong 2 phân tử trên đẩy các cặp e liên kết làm cho góc hóa trị hẹp lại (số cặp e hóa trị tự do càng nhiều đẩy càng mạnh).

* Các kiểu LKCHT:

- Có nhiều kiểu LKCHT khác nhau phụ thuộc vào cách che phủ và tính đối xứng của các AO tham gia che

Trang 29

• Liên kết σ: được tạo thành khi các

AO che phủ dọc theo trục nối hạt nhân

nguyên tử Đây là loại liên kết chính thực

hiện giữa 2 nguyên tử, quyết định cấu hình không gian (khung) phân tử và có thể xuất hiện do sự che phủ của bất kỳ loại AO nào (s−s , s−p …)

Trang 30

• Liên kết π: được tạo thành khi các AO

che phủ về 2 bên trục nối hạt nhân Đây là

loại liên kết phụ bổ sung thêm sau khi tạo thành liên kết chính σ mà các nguyên tử tương tác vẫn chưa bão hòa hóa trị Nó được tạo thành do sự che phủ của các cặp orbital p−p, d−d, p−d.

Trang 31

• Liên kết π không định chỗ (liên kết nhiều tâm):

loại liên kết π nhưng được thực hiện giữa nhiều

nguyên tử (từ 3 nguyên tử trở lên) với số e tham

gia tạo liên kết có thể nhiều hơn 2 Đây là loại

liên kết phụ bổ sung được dùng để giải thích

trường hợp các liên kết xuất phát từ nguyên tử

trung tâm có bậc lẻ, bằng nhau và được biểu

Trang 32

* Bậc liên kết:

- Cho biết số cặp e tham gia tạo liên kết giữa 2 nguyên tử Bậc liên kết có thể nguyên

hay lẻ, được tính theo công thức:

Bậc = (Số e liên kết) /(2 × số liên kết σ)

- Bậc liên kết tăng, độ dài liên kết giảm,

Trang 33

Ví dụ:

Liên kết C - O C O C = O

Độ dài liên kết (AO ) 1,43 1,29 1,22

* Tính có cực, sự phân cực của LKCHT:

Tự đọc

Trang 34

b - Áp dụng phương pháp VB khảo sát cấu tạo một số phân tử, ion :

* Phân tử N 2 : N (2s 2 2p 3 : có 3 e hóa trị độc thân 2p): 2 nguyên tử N có thể tạo thành với nhau 3 liên kết bằng cách góp chung 3 e độc thân.

Cặp 2p x tạo thành liên kết σ, còn 2 cặp 2p y và 2p z tạo thành các liên kết π

Vậy liên kết trong N là liên kết 3 (bậc 3),

Trang 35

* Phân tử CO 2 :

- Phân tử CO 2 có dạng đường thẳng, góc hóa trị, liên kết C - O là liên kết đôi, gồm 1 liên kết σ và 1 liên kết π

- Cấu hình e của C, O:

• C* : 1s 2 2s 1 2p 3 (có 4 electron hóa trị độc thân) Suy ra C sẽ dùng 4 electron hóa trị độc thân để tạo các liên kết với O.

Trang 36

hóa sp (AO 2s che phủ với 1 AO 2p tạo thành 2 orbital lai hóa sp).

C sẽ sử dụng 2 orbital lai hóa này cùng với

2 orbital 2p không tham gia lai hóa còn lại để che phủ với các orbital của O tạo liên

o

180 O

C

Trang 37

• O: 1s 2 2s 2 2p 4 (có 2 e hóa trị độc thân) Suy ra

O sẽ dùng 2 e hóa trị độc thân và các AO hóa trị chứa 1 e này để tạo các liên kết với C

• Từ đây: các liên kết σ C ⎯ O được tạo thành

do sự che phủ giữa 2 orbital lai hóa sp của C và các AO 2p chứa 1 electron (ví dụ 2p x ) của 2 O , còn các liên kết π C⎯O được tạo thành do sự che phủ cặp đôi giữa các AO 2p của C và O ( giữa 2py với 2py

Trang 38

2px2px

• Bậc liên kết C – O:

Trang 39

* Phân tử BCl 3 :

- Phân tử BCl 3 có dạng tam giác đều, góc hóa trị , liên kết B - Cl có bậc bằng 1,33; gồm

1 liên kết σ và 1 liên kết π không định chỗ

- Cấu hình e của B và Cl:

• B* : 1s 2 2s 1 2p 2 (có 3 e hóa trị độc thân): B sẽ dùng 3 e này để tạo các liên kết với Cl Tuy nhiên vì

, nên B lai hóa sp 2 ( AO 2s che phủ với 2

AO 2p tạo 3 orbital lai hóa sp 2 )

o

120Cl

B

Cl ∧ =

o

120Cl

B

Cl ∧ =

Trang 40

B sẽ dùng 3 AO lai hóa này và AO 2p không tham gia lai hóa còn lại để che phủ với các AO của

Cl tạo liên kết

•Cl:1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 (có 1 e hóa trị độc thân): Cl sẽ dùng e này và các AO 2p chứa 1 e cũng như chứa cặp e ghép đôi tạo liên kết với B

• Từ đây: 3 liên kết σ B⎯Cl được tạo ra do sự che

phủ cặp đôi giữa 3 orbital lai hóa sp 2 của B với các

Trang 41

Cấu hình e hóa trị của B vẫn chưa bão hòa (còn 1

AO hóa trị 2p tự do), để cho phân tử BCl 3 bền vững (nghĩa là các liên kết B ⎯ Cl phải đạt được độ bền cực đại) cần phải tạo thêm liên kết bổ sung: liên kết π không định chỗ, được tạo thành theo cơ chế cho-nhận

do sự che phủ giữa AO hóa trị tự do 2p không tham gia lai hóa còn lại (ví dụ 2pz) của B và 3 AO hóa trị 2p chứa cặp e ghép đôi sẵn có (2pz) của 3 Cl Liên kết π

Trang 42

• Bậc liên kết B ⎯ Cl:

= [ 3e (B) + 5e (3 Cl) ] / [ 2 × 3 (σ) ] = 1,33.

120oCl

Cl B

3p

3p 3p

sp 2

sp2

Trang 43

* Ion :

- Ion có dạng tam giác đều, góc hóa trị

, liên kết C-O có bậc bằng 1,33; gồm 1 liên kết σ và 1 liên kết π không định chỗ

- Cấu hình e của C và O:

• Vì nên C ở trạng thái lai hóa sp 2 (AO 2s che phủ với 2 AO 2p tạo thành 3 AO lai hóa sp; 4 e hóa trị phân bố độc thân trên 3 AO lai hóa sp 2 và AO 2p còn

−

2 3

CO

−

2 3

CO

o

120 O

C

O ∧ =

Trang 44

C sẽ dùng các e hóa trị độc thân và các AO lai hóa sp 2 , AO 2p không tham gia lai hóa.

1 O có cấu hình e : 2s 2 2p 4 (có 2 e hóa trị độc thân).

2 O còn lại do nhận thêm 2 e điện tích của ion nên có cấu hình e hóa trị: 2s 2 2p 5 (chỉ có 1 e hóa trị độc thân).

Để tạo liên kết các nguyên tử O cũng sử dụng các e hóa trị độc thân và các AO chứa 1 e này

• Từ đây: các liên kết σC ⎯ O được tạo thành do sự che

Trang 45

Sau khi tạo 3 liên kết σ C⎯O cấu hình e của

C cũng như của các O vẫn chưa bão hòa (còn thiếu

1 e), để ion có cấu tạo bền, giữa các nguyên tử C và O tạo thêm liên kết π không định chỗ chung cho cả 4 nguyên tử theo cơ chế góp chung do sự che phủ giữa orbital 2p không tham gia lai hóa của C với 3 orbital 2p của 3 O ( liên kết 2 e – 4 tâm)

• Bậc liên kết C ⎯ O:

Trang 46

120 o O

O

O 2p

z z

2pz

sp2

Trang 47

2.2.2 Phương pháp orbital phân tử ( MO ).

a- Nội dung cơ bản:

- Phân tử là tổ hợp thống nhất gồm:

Các hạt nhân và các e của các nguyên tử tạo thành phân tử.

Mỗi e chuyển động trong trường tác dụng của các hạt nhân và các e còn lại (phân tử là

nguyên tử đa nhân )

Trang 48

- Phân tử có cấu trúc orbital như nguyên

tử:

Trong phân tử trạng thái e cũng được đặc

trưng bằng orbital phân tử (MO);

Các MO lại được xác định bằng tổ hợp các

số lượng tử

Tương ứng với các AO s ,p ,d ,f … trong

Trang 49

- Các e được phân bố trên các MO theo quy luật giống như trên các AO

- Các MO được tạo thành do sự tổ hợp tuyến tính

(cộng và trừ) các AO (tức sự che phủ các AO):

• Số MO tạo thành bằng số AO tham gia tổ hợp

• Sự tổ hợp tuyến tính cộng các AO tạo thành MO

liên kết có năng lượng thấp hơn các AO xuất phát

Sự tổ hợp tuyến tính trừ các AO tạo thành MO phản

Trang 50

MO không liên kết do các AO không tham gia

tổ hợp chuyển nguyên vẹn thành, có năng lượng bằng các AO xuất phát

• Tên gọi các MO (σ, π, δ, ϕ …) được xác định tùy

thuộc vào cách che phủ của các AO đối với trục nối hạt nhân nguyên tử giống như trong pp VB

Ví dụ: sự tổ hợp của 2 AO 1s tạo thành 2 MO

liên kết σ1s và phản liên kết hay sự tổ hợp của 2

Trang 51

• Sự tổ hợp các AO thành các MO cũng

thường được biểu diễn dưới dạng giản đồ

năng lượng.

• Điều kiện tổ hợp: các AO tham gia tổ

hợp phải gần nhau về năng lượng, che phủ nhau đáng kể, có đối xứng giống nhau đối với đường liên kết trong phân tử

Trang 52

Các đặc điểm liên kết:

• Đóng góp vào liên kết có thể là các cặp e ghép đôi

hoặc các e độc thân riêng biệt

•Liên kết được xác định bằng số e liên kết không bị e

phản liên kết triệt tiêu (1 e phản liên kết triệt tiêu 1

e liên kết)

• Bậc liên kết = (Số e lk – Số e plk) / (2 × số lk σ)

• Liên kết có tên gọi từ tên MO chứa e liên kết

Trang 53

b - Ví dụ áp dụng phương pháp MO:

* Khảo sát các phân tử 2 nguyên tử cùng loại của

các nguyên tố CK I (H và He):

Sự tạo thành và trật tự phân bố các MO theo năng lượng:

Các MO của H 2 , He 2 được tạo thành từ sự tổ hợp tuyến tính 2 AO 1s của các nguyên tử H và He: đó là các MO liên kết σ 1s (có năng lượng thấp hơn) và phản

*

σ

Trang 54

- Sự phân bố electron trên các MO:

+ 2

1,06 Chiều dài liên kết (A O )

0 0,5

1 0,5

Bậc liên kết

Trang 55

Phân tử He 2 không thể tồn tại được ở điều kiện bình thường vì có liên kết có bậc bằng 0 (liên

Trang 56

• Cấu hình e phân tử của các phân tử và ion phân tử

trên:

] )

[(

:

] ) [(

:

H 2 + σ 1 s 1

] ) (

) [(

:

He 2 + σ 1 s 2 σ 1 * S 1

Trang 57

•Khảo sát các phân tử 2 nguyên tử cùng loại (X 2 ) của các nguyên tố CKII:

- Sự tạo thành và phân bố các MO theo năng lượng: Các nguyên tử nguyên tố CKII có 5 AO (1s, 2s, 2p x , 2p y , 2p z ) Sự tổ hợp 10 AO của 2 nguyên tử sẽ tạo thành 10

MO của phân tử: Từ 2 AO 1s tạo thành 2 MO và còn sự tổ hợp các AO 2s và 2p xảy ra phức tạp:

• Các nguyên tố cuối CK (từ O đến Ne): độ chênh lệch năng lượng ΔE giữa các AO 2p và 2s lớn nên chỉ xảy

Định dạng
Số trang	78
Dung lượng	652,94 KB