liên kết hóa học và cấu tạo ptu

Công thức Lewis - Sử dụng các cặp e hóa trị để tạo liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử và áp dụng quy tắc octet.. Những định đề cơ bản của phương pháp -Mỗi liên kết CHT được tạo

CHƯƠNG III

LIÊN KẾT HÓA HỌC VÀ

CẤU TẠO PHÂN TỬ

A LIÊN KẾT HÓA HỌC

I Những đặc trưng cơ bản của liên kết hóa

học

1 Năng lượng phân ly liên kết

- là năng lượng ứng với quá trình phá vỡ

liên kết giữa hai nguyên tử

Chú ý:

năng lượng phân ly liên kết có dấu +

năng lượng hình thành liên kết có dấu

-Ví dụ:

+ Đối với phân tử 2 nguyên tử:

+Đối với phân tử nhiều nguyên tử:

Tổng các năng lượng phân ly liên kết:

4DC-H + DC-C + DC=O

1 )

( )

( )

(

1 )

( )

( )

(

941

→

≡

= +

→

mol kJ

D N

N N

N

mol kJ

D Cl

H HCl

N N k

k k

Cl H k

k k

) ( )

( )

( )

(

2.Độ dài liên kết, góc liên kết, độ bội liên kết

II Liên kết ion

- Điều kiện tạo thành:

⇒Liên kết ion được tạo thành giữa một kim loại mạnh có độ âm điện rất nhỏ (klk, Ca,

Sr, Ba, Mg, Al…) và một phi kim mạnh có

độ âm điện rất lớn (halogen, O…).

2

≥

∆ χ

II Liên kết ion

- Bản chất: là lực hút tĩnh điện giữa các ion

mang điện trái dấu

- Đặc điểm: không có hướng (theo mọi

hướng), không bão hòa và rất bền => hợp chất ion thường có nhiệt độ nóng chảy cao,

ở nhiệt độ thường là chất rắn

III Liên kết cộng hóa trị

- Điều kiện tạo thành:

) (

0

) (

2

0

N N

χ

1 Công thức Lewis

- Sử dụng các cặp e hóa trị để tạo liên kết giữa

các nguyên tử trong phân tử và áp dụng quy tắc octet.

- Quy tắc octet chỉ đúng cho một số trường hợp,

do đó có nhiều ngoại lệ.

- Cấu trúc cộng hưởng: thực nghiệm cho biết 3

liên kết C-O trong ion CO32- hoàn toàn giống nhau về độ bền liên kết và độ dài liên kết => người ta sử dụng cả 3 công thức Lewis và mỗi công thức được gọi là một cấu trúc cộng hưởng.

2.Phương pháp liên kết hóa trị (PP VB-Valence Bond;

PP cặp e liên kết)

a Những định đề cơ bản của phương pháp

-Mỗi liên kết CHT được tạo thành bằng 1 cặp e

chung giữa 2 nguyên tử tham gia liên kết:

+ TH1: Cặp e chung do mỗi nguyên tử góp 1 e

độc thân (2e độc thân này có ms trái dấu) VD:HF +TH2: Cặp e chung do 1 nguyên tử cung cấp

còn nguyên tử kia có AO hóa trị trống để tạo liên kết cho nhận VD: NH4 + , BF4 -

=> Điều kiện tạo thành liên kết cho nhận: 1

nguyên tử có cặp e hóa trị chưa tham gia liên kết và 1 nguyên tử có AO hóa trị trống.

Bản chất của liên kết cho nhận là liên kết

- Khi tạo liên kết diễn ra sự xen phủ các AO hóa trị của 2 nguyên tử tham gia liên kết Sự xen phủ càng lớn, liên kết càng bền.

- Liên kết CHT là liên kết có hướng Hướng

liên kết là hướng có độ xen phủ các AO hóa trị lớn nhất.

- Liên kết CHT có tính bão hòa (số liên kết của

nguyên tử mỗi nguyên tố là có hạn).

b Hóa trị của nguyên tố theo phương pháp VB

(áp dụng cho nguyên tố nhóm A trừ khí hiếm)

Hóa trị của 1 nguyên tố = số e độc thân có trong

c Cộng hóa trị của nguyên tố trong phân tử

CHT của nguyên tố trong phân tử = số liên kết CHT mà nguyên tử nguyên tố đó tạo thành Chú ý: CHT max của 1 nguyên tố = Số AO hóa trị của 1 nguyên tử nguyên tố đó

3 Thuyết lai hóa (bổ sung cho pp VB để giải quyết vấn đề cấu trúc hình học và độ bền liên kết)

a Nội dung

Lai hóa là sự tổ hợp các AO hóa trị của 1

nguyên tử để tạo thành 1 số tương đương các

AO mới (các AO lai hóa) giống hệt nhau, có cùng năng lượng, định hướng xác định trong không gian Các AO lai hóa này sẽ xen phủ với các AO hóa trị của các nguyên tử khác để tạo những liên kết bền hơn.

(Các AO hóa trị tham gia lai hóa có thể chứa

1e, 2e hoặc là AO trống.)

b Các kiểu lai hóa

- Lai hóa sp3:

1AO s + 3AO p => 4 AO lai hóa sp3 giống hệt nhau, hướng tới 4 đỉnh của hình tứ diện và tạo với nhau góc bằng 109o 28’

b Các kiểu lai hóa

- Lai hóa sp3d

- Lai hóa sp3d2 (tự đọc)

c Điều kiện lai hóa bền

- Các AO tham gia lai hóa phải có năng lượng

xấp xỉ nhau

- Năng lượng của các AO tham gia lai hóa phải

thấp

- Độ xen phủ của các AO lai hóa với các AO

của nguyên tử khác phải lớn

d Dự đoán kiểu lai hóa của nguyên tử trung tâm và cấu trúc hình học của phân tử ( thuyết Gillespie)

CTPT theo mô hình VSEPR do Gillespie đề xuất:

m+n Kiểu lai hóa Cấu trúc hh phân tử VD Góc liên kết

của NTTT A

2+0 sp đường thẳng BeH2 HBeH =180o 3+0 sp2 tam giác BF3 FBF= 120o 2+1 sp2 góc (chữ V) NO2- ONO= 120o 4+0 sp3 tứ diện CH4 HCH=109o28’ 3+1 sp3 tháp tam giác NH3 HNH=109o28’ 2+2 sp3 góc (chữ V) H2O HOH=109o28’

Chú ý:- So sánh tác dụng đẩy của các cặp e khác nhau:

HNH= 107,3o

HOH= 104,5o

- Cặp e đẩy mạnh hơn e độc thân

VD: NO2 và NO2- ( nguyên tử trung tâm đều lai hóa sp2 nhưng góc liên kết lần lượt là 134o

và 115o)

- Các chất nào có nhiệt độ nóng chảy max và min?

- Các phân tử và ion nào tồn tại được theo pp

VB:

O2, O2+ , O2- , O22+

Đáp án: O2, O22+

4.Phương pháp obitan phân tử- tổ hợp tuyến tính các

obitan nguyên tử (MO-LCAO: Molecular Orbital-

Linear Combination of Atomic Orbital)

a Những giả thiết gần đúng của phương pháp

-Coi các hạt nhân nguyên tử trong phân tử đứng

yên Mỗi e trong phân tử được coi như chuyển động xung quanh một trường do tất cả các hạt nhân và các e còn lại trong phân tử tạo nên Trạng thái của mỗi e trong phân tử được đặc trưng bằng hàm sóng

φ Hàm φ được gọi là obitan phân tử.

-a Những giả thiết gần đúng của phương pháp

-Chỉ các AO hóa trị mới tạo thành các MO.

-Các MO được tạo thành bằng tổ hợp tuyến tính

các AO tham gia liên kết.

VD:

AO ψ1(nguyên tử 1)+AO ψ2(nguyên tử 2) =>các

MO φ:

φ = C1ψ1 + C2ψ2

c Phương pháp MO-LCAO đối với các phân tử A2 và ion A2n± ( A thuộc chu kỳ 1)

-Giản đồ năng lượng các MO của phân tử H2:

=>Thứ tự năng lượng tăng dần các MO: σ1sσ1s*

-Sự điền e vào các MO:

+ Trên mỗi MO chỉ có tối đa 2e có các giá trị ms trái dấu

+Electron được điền vào các MO có năng lượng

từ thấp đến cao

+ Nếu các MO có năng lượng bằng nhau, e có

xu hướng phân bố đều vào các MO đó sao cho số

e độc thân với các giá trị ms cùng dấu là lớn nhất.

Chú ý: số e điền vào các MO = tổng số e hóa trị của 2 nguyên tử trong phân tử.

-Bậc liên kết (độ bội liên kết):

d Phương pháp MO-LCAO đối với các phân tử A2 và ion A2n± ( A thuộc chu kỳ 2)

-Nhận xét:

Mỗi nguyên tử A (A thuộc chu kỳ 2) có 4AO

hóa trị:

2s, 2px, 2py, 2pz

Các MO được tạo thành từ các tổ hợp sau:

-Giản đồ năng lượng các MO (áp dụng cho Li2, Be2, B2, C2, N2)

⇒Thứ tự năng lượng tăng dần các MO:

+ A là 5 nguyên tố đầu chu kỳ 2 : Li, Be, B, C, N:

+A là 3 nguyên tố cuối chu kỳ 2: O, F, Ne:

* 2

* 2

* 2 2

2 2

* 2 2

)

(

z y

x z

y

x p p p p p p

s s

(

z y

x z

y x

s s

KK σ σ π = π σ π = π σ

* 2

* 2

* 2 2

2 2

* 2 2

)

(

z y

x y

x

z p p p p p p

s s

(

z y

x y

x z

s s

KK σ σ σ π = π π = π σ

Đối với các nguyên tố đầu chu kỳ 2 (Li ->N): mức năng lượng của các AO 2s và 2pz tương đối gần nhau => các AO 2s và 2pz có thể cùng tham gia tổ hợp tạo thành MO, điều này có thể coi như sự đẩy lẫn nhau giữa 2 mức năng lượng:

e Phương pháp MO-LCAO đối với các phân tử AB và ion ABn± ( A và B thuộc chu kỳ 2)

- Thứ tự năng lượng các MO tương tự thứ tự năng lượng các MO

của các phân tử A2 và ion A2n± ( A là 5 nguyên tố đầu chu kỳ 2) :

- Chú ý: Nếu độ âm điện của B > A thì năng lượng các AO 2s, 2px,

2py, 2pz của B đều thấp hơn so với các AO tương ứng của A.

* 2

* 2

* 2 2

2 2

* 2 2

)

(

z y

x z

y

x p p p p p p

s s

KK σ σ π = π σ π = π σ

B.CẤU TẠO PHÂN TỬ

I.Độ phân cực của phân tử

1 Phân tử không cực và phân tử có cực

-Phân tử không cực là phân tử có cấu tạo

hoàn toàn đối xứng nên trọng tâm điện tích dương của các hạt nhân và trọng tâm điện tích âm của các electron trùng nhau VD: A2, BF3, SO3, CH4, CCl4…

- Phân tử có cực

2.Momen lưỡng cực của phân tử

- Đối với phân tử 2 nguyên tử (phân tử AB):

μ = q.l

q: giá trị tuyệt đối của điện tích trên A hoặc B (C)

l: độ dài liên kết A-B (m)

1D = 3,33.10-30 C.m

Momen lưỡng cực là đại lượng vectơ, thường được quy ước từ âm sang dương.

2.Momen lưỡng cực của phân tử

- Đối với phân tử nhiều nguyên tử, momen lưỡng cực phân tử là tổng vectơ momen các liên kết và các cặp e hóa trị không tham gia liên kết trong phân tử.

II.CÁC MỐI LIÊN KẾT YẾU

1 Tương tác Van der Waals

-là lực hút giữa các phân tử

-gồm 3 kiểu: tương tác cảm ứng, tương tác

khuếch tán, tương tác định hướng

-rất yếu so với liên kết CHT và liên kết ion nên

ảnh hưởng chủ yếu đến tính chất vật lý của các chất

-tăng theo momen lưỡng cực, kích thước phân

tử và khối lượng phân tử

2 Liên kết hiđro

- là liên kết phụ giữa nguyên tử H ( H đã liên

kết với một nguyên tử có độ âm điện lớn, đặc biệt là F, O và N) và một nguyên tử khác cũng

có độ âm điện lớn còn cặp e hóa trị chưa liên kết.

- mạnh nhất ở những hợp chất của F, O, N, yếu

hơn ở các hợp chất của Cl, S.

- là liên kết yếu, ảnh hưởng chủ yếu đến tính

chất vật lý của các chất ( nhiệt độ nóng chảy, sôi, độ hòa tan…)