Sáng kiến kinh nghiệm KInh nghiệm giảng dạy phần liên kết phối trí

Để nghiên cứu về cách xác định liên kết phối trí trong hợp chất và viết công thức cấu tạo phân tử chúng ta tìm hiểu qua một số kiến thức về liên kết cộng hoá trị, khái niệm hoá trị của

Trang 1

I Đặt vấn đề.

Trong hoá học để nghiên cứu tính chất của chất, một trong những cơ sở quan trọng cho việc xác định tính chất của chất đó là nghiên cứu công thức cấu tạo của chất Do

đó việc học sinh viết đúng công thức cấu tạo của chất là một trong những yếu tố quan trọng góp phần giải thích tính chất của chất

Qua dạy học phần kiến thức liên kết hoá học trong chương trình hoá học lớp 10, nhằm giúp học sinh hiểu về bản chất của liên kết để từ đó viết được công thức cấu tạo phân tử các chất Một trong các kiến thức không những gây khó hiểu cho học sinh, cũng như việc giáo viên truyền đạt kiến thức cho học sinh luôn gặp không ít khó khăn nhưng hiệu quả lại thấp, đó là việc xác định liên kết cho nhận (liên kết phối trí) trong một hợp chất để viết công thức cấu tạo đúng của chất đó

Từ những khó khăn đó, thiết nghỉ cần phải tìm cách nào đó để truyền đạt cho HS phải dể hiểu và đúng bản chất về cách xác định liên kết phối trí trong một hợp chất

Qua nhiều năm giảng dạy, bản thân đã đúc rút được “kinh nghiệm giảng dạy phần

liên kết cho nhận” về khía cạnh tìm hiểu cách xác định liên kết cho nhận (liên kết phối trí) trong hợp chất và viết công thức cấu tạo phân tử của một số chất quen thuộc.

II.Giải quyết vấn đề.

A Cơ sở lý thuyết.

Để nghiên cứu về cách xác định liên kết phối trí trong hợp chất và viết công thức

cấu tạo phân tử chúng ta tìm hiểu qua một số kiến thức về liên kết cộng hoá trị, khái

niệm hoá trị của một nguyên tố trong hợp chất có liên quan

1 Liên kết cộng hoá trị:

Là liên kết giữa các nguyên tử bằng những cặp electron dùng chung

Theo quan niệm đó thì mỗi nguyên tử khi tham gia liên kết đả đưa ra một hay nhiều electron độc thân để ghép đôi với các electron độc thân của các nguyên tử khác tạo ra một hay nhiều cặp electron dùng chung

2 Liên kết cho nhận (hay liên kết phối trí):

Là một lọai liên kết cộng hoá trị đặc biệt, trong đó cặp electron dùng chung không phải do hai nguyên tử tham gia liên kết đưa ra mà chỉ có một nguyên tử đưa ra Nguyên tử đưa cặp electron ra để tạo liên kết gọi là nguyên tử cho, còn nguyên tử kia gọi là nguyên tử nhận Do đó liên kết tạo thành còn được gọi là liên kết cho nhận

Một số chú ý khi nói đến liên kết cho nhận.

+Điều kiện để có liên kết cho nhận: Nguyên tử cho phải có cặp electron ghép đôi lớp ngoài cùng chưa sử dụng (Cặp electron chưa chia), nguyên tử nhận phải có obital trống

+Liên kết cho nhận chỉ được hình thành khi đã có liên kết công hoá trị

Trang 2

+Nguyên tử tạo liên kết cho nhận với nguyên tử khác khi đã đạt cấu hình bền của

khí hiếm gần nhất mà vẫn còn các cặp electron ngoài cùng chưa sử dụng.

+Khi hai nguyên tử đều có khả năng cho cặp electron thì ưu tiên là nguyên tử có độ

âm điện nhỏ hơn (vd: Như S và O thì S cho cặp electron Ngoại trừ một số trường hợp đặc biệt sẻ giới thiệu sau)

+Liên kết cho nhận được biểu diễn bằng mũi tên từ nguyên tử cho đến nguyên tử nhận

Trong các chú ý về liên kết cho nhận thì đáng lưu tâm hơn là chú ý thứ 3(ở trên)

Có nghĩa là trong CTCT nếu tồn tại liên kết cho nhận thì mọi nguyên tử trong CTCT đều có cấu trúc lớp vỏ bền của nguyên tử khí hiếm gần nhất với nó.

*Ví dụ:

+ CTCT của H2SO4

H : O O H-O O

S = > S

H : O O H-O O

CT electron CT cấu tạo

Trong CTCT trên ta có:

Số electron ngoài

Cấu trúc lớp vỏ [He] [Ne] [Ar]

Ta có thể xem CTCT của H 2 SO 4 ở trên là CTCT theo quy tắc bát tử Bởi lý do ngoại trừ nguyên tử H thì mọi nguyên tử trong CTCT sau khi tạo liên kết đều có số electron ngoài cùng là 8 electron (8 điện tử) (**)

3.Hoá trị của nguyên tố.

a.Điện hoá trị Là số electron do nguyên tử nhường hoặc thu để tạo ion.

Như vậy ta có thể hiểu điện hoá trị bằng số electron hoá trị của chính nguyên tử nguyên tố đó khi tham gia liên kết (có mang dấu)

*Ví dụ: Na có số electron hoá trị bằng 1, vậy khi tham gia liên kết tạo hợp chất (NaCl) thì Na có điện hoá trị là +1

b.Cộng hoá trị Bằng số liên kết cộng hoá trị mà nguyên tử của nguyên tố đó tạo ra

được với các nguyên tử khác trong phân tử

Như vậy để tạo ra (n) liên kết cộng hoá trị với nguyên tử khác thì ban đầu chính nguyên tử đó phải có (n) electron độc thân Hay cộng hoá trị của nguyên tố cũng bằng số electron hoá trị của nguyên tử nguyên tố đó khi tham gia liên kết

Với quan niệm đó thì khi ta viết CTCT của một chất ta cần chú ý đến hoá trị của nguyên tử nguyên tố đó.

Trang 3

Nhận xét Qua phần kiến thức này nhằm giúp học sinh xác định hoá trị là dựa vào

số liên kết mà nguyên tử đó tạo thành với nguyên tử khác (hay số cặp electron mà nguyên tử đó dùng chung với các nguyên tử khác khi tham gia liên kết)

*Ví dụ:

+ Lưu huỳnh trong H2SO4 có cộng hoá trị 6, như vậy trong CTCT của phân tử H2SO4

có 6 liên kết cộng hoá trị do nguyên tử S tạo thành Do đó ta có CTCT

H-O O

S (1) H-O O

+ Cacbon trong H2CO3 có cộng hoá trị 4, như vậy trong CTCT của phân tử H2CO3 có

4 liên kết cộng hoá trị do nguyên tử C tạo thành Do đó ta có CTCT

H-O

C = O (2) H-O

Ta có thể nói CTCT (1) và (2) là CTCT theo đúng hoá trị Bởi lý do nếu ta dựa vào CTCT ta có thể xác định được hoá trị của các nguyên tố trong phân tử.(***).

Nhận xét Qua (**) và (***) nhằm giúp học sinh phân biệt được hai loại công

thức cấu tạo của chất

B Nội dung.

Trong phần này tôi không đề cập đến hai phần kiến thức mà xem như học sinh đã được biết:

Một là:Sự hình thành liên kết cộng hoá trị giữa các nguyên tử trong phân tử.

Hai là: Các bước viết CTCT theo đúng hoá trị của một chất.

Mà từ CTCT theo đúng hoá trị tôi chỉ dẫn cho học sinh cách xác định liên kết phối

trí có thể có, từ đó viết CTCT theo quy tắc bát tử.

Việc xác định liên kết phối trí trong CTCT được thực hiện qua các bước sau đây

Bước 1 Xác định số electron lớp võ ngoài cùng (a) của nguyên tử trung tâm.

Trong phần này tôi hướng dẫn cho học sinh xác định số electron ngoài cùng bằng

tổng số electron trong các liên kết của nguyên tử trung tâm và các electron chưa liên

kết (Các cặp electron chưa chia) nếu có của chính nguyên tử đó

Nếu xung quanh nguyên tử trung tâm có (x) liên kết cộng hoá trị của nguyên tử trung tâm liên kết với nguyên tử khác và có (y) cặp electron chưa chia thì tổng số electron ngoài cùng (a) của nguyên tử đó sau khi tham gia liên kết là:

Trang 4

a = 2(x + y).

*Ví dụ1: Trong phân tử H2SO4

+ CTCT theo đúng hoá trị

H-O O

S H-O O

+ Dựa vào CTCT ta thấy xung quanh nguyên tử trung tâm lưu huỳnh có (x=6)liên kết (Cộng hoá trị là 6), mỗi liên kết được hình thành bởi 2 electron, do đó có tổng số electron trong 6 liên kết là: 12e

Mặt khác nguyên tử S ban đầu có 6e ở lớp ngoài cùng, cả 6e này đã tham gia liên kết tạo 6 liên kết với 4 nguyên tử oxi nên không có cặp electron chưa chia Nên ta có: y = 0 = > a = 12e

Ta có thể tóm tắt thành bảng sau đây

Nguyên tử trung tâm S

Số electron ban đầu

(ngoài cùng)

Số electron tham gia LK

= Số liên kết (x)

Số cặp electron chưa

chia (y)

Tổng số electron ngoài

cùng sau khi tham gia

liên kết: a = 2(x + y)

12

*Ví dụ 2: Trong phân tử H2CO3

H-O

C = O H-O

+ Dựa vào CTCT ta thấy xung quanh nguyên tử trung tâm cacbon có 4 liên kết (Cộng hoá trị là 4), mỗi liên kết được hình thành bởi 2 electron, do đó có tổng số electron trong 4 liên kết là: 8e

Mặt khác nguyên tử C ban đầu có 4e ở lớp ngoài cùng, cả 4e này đã tham gia liên kết tạo 4 liên kết với 3 nguyên tử oxi nên không có cặp electron chưa chia Nên ta có: a = 8e

Ta có thể tóm tắt thành bảng sau đây

Trang 5

*Ví dụ 3: Trong phân tử SO2

+ CTCT theo đúng hoá trị: O = S = O

+ Nguyên tử trung tâm S ban đầu có 6e ngoài cùng, trong đó có 4e tham gia tạo 4 liên kết với hai nguyên tử oxi (x = 4) Như vậy nguyên tử S còn 2e chưa chia (Tương đương một cặp electron chưa chia: (y = 1) Ta có

Nguyên tử trung tâm S

(ngoài cùng)

chia (y)

10

*Ví dụ 4: Trong phân tử Cl2O5

+ CTCT theo đúng hoá trị:

Cl – O – Cl

+ Nguyên tử trung tâm Cl ban dầu có 7e ngoài cùng, trong đó có 5e tham gia tạo 5 liên kết với 3 nguyên tử oxi (x = 5) Như vậy nguyên tử Cl còn 2e chưa chia (Tương đương một cặp electron chưa chia: y = 1) Ta có

*Ví dụ 5: K2Cr2O7

Nguyên tử trung tâm C

(ngoài cùng)

chia (y)

8

Nguyên tử trung tâm Cl

(Ngoài cùng)

chia (y)

12

Trang 6

+ CTCT theo đúng hoá trị.

K - O O O – K

Cr Cr

O O O O

+ Nguyên tử trung tâm Crom ban đầu có 6e hoá trị (3d54s1), cả 6e này đều tham gia tạo 6 liên kết với các nguyên tử oxi, do đó không có cặp electron chưa chia Nên tổng

số electron ngoài cùng của mỗi nguyên tử Crom sau khi tham gia liên kết là: a = 12

Ta có:

Bước 2 Xác định số liên kết phối trí (b).

Liên kết phối trí trong các hợp chất quen thuộc như trên thường nguyên tử trung tâm

là nguyên tử cho và nguyên tử oxi là nguyên tử nhận Và số liên kết phối trí (b) do nguyên tử trung tâm tạo thành được xác định như sau

a2 8

b

Sở dĩ ta có công thức trên là chúng ta căn cứ vào điều chú ý thứ 3 đả nêu ở trên về

liên kết phối trí (Nguyên tử tạo liên kết cho nhận với nguyên tử khác khi đả đạt cơ cấu

bền của khí hiếm gần nhất mà vẫn còn các cặp electron ngoài cùng chưa sử dụng).

ý nghĩa của các đại lượng trong công thức:

- a: Số electron ngoài cùng của nguyên tử trung tâm sau khi tham gia liên kết (tương ứng với CTCT theo đúng hoá trị)

- b: Số liên kết phối trí do nguyên tử trung tâm tạo thành với nguyên tử khác (tương ứng với CTCT theo quy tắc bát tử)

- 8: Số electron ngoài cùng của nguyên tử trung tâm sau khi tham gia liên kết kết theo quy tắc bát tử

- 2: Là số electron tạo một liên kết cộng hóa trị

*Ví dụ 1: H2SO4

H-O O

Nguyên tử trung tâm Cr

Số electron ban đầu Số electron tham gia LK

chia (y)

12

Trang 7

S H-O O

Theo trên ta có: a = 12

= > b = 2

2

8 12





Trong CTCT theo quy tắc bát tử có hai liên kết phối trí do nguyên tử S thành với hai nguyên tử oxi

+ CTCT theo quy tắc bát tử

H-O O

S H-O O

*Ví dụ 2: H2CO3

+CTCT theo đúng hoá trị

H-O

C = O H-O

= > b = 0

2

8 8





Như vậy trong phân tử H2CO3 không có liên kết phối trí Do đó CTCT theo đúng hoá trị trùng với CTCT theo quy tắc bát tử

Nhận xét: Có một số hợp chất có cả hai CTCT như đã nêu trên, nhưng cũng có

những hợp chất chỉ có một CTCT (tức là CTCT theo đúng hoá trị trùng vơí CTCT theo quy tắc bát tử)

*Ví dụ 3: SO2

+ CTCT theo đúng hoá trị O = S = O

= > b = 1

2

8 10





Như vậy trong CTCT theo quy tắc bát tử của phân tử SO2 có một liên kết phối trí do nguyên tử S tạo thành (nguyên tử cho)

+ CTCT theo quy tắc bát tử O = S  O

*Ví dụ 4: Cl2O5

Trang 8

O O

Cl – O – Cl

= > b = 1

2

8 10





Như vậy mỗi nguyên tử Clo sẻ tạo một liên kết phối trí trong CTCT theo quy tắc bát tử

Cl – O – Cl

*Ví dụ 5: K2Cr2O7

+CTCT theo đúng hoá trị

K - O O O - K

Cr Cr

O O O O

= > b = 2

2

8 12





Như vậy mỗi nguyên tử Crom sẻ tạo hai liên kết phối trí với hai nguyên tử oxi trong CTCT theo quy tắc bát tử

K - O O O – K

Cr Cr

O O O O

Một số trường hợp đặc biệt.

Trong phần này nhằm cung cấp cho học sinh một số trường hợp được xem là đặc biệt so với lý thuyết đã được nêu ở phần trên

Các trường hợp được xem là đặc biệt này về nguyên tắc chúng ta có thể giải thích một cách dể dàng dựa trên cơ sở lý thuyết về liên kết mà học sinh đã được tiếp thu

Trang 9

Tuy nhiên so với lý thuyết “xác định liên kết phối trí ” như trên đã trình bày thì các trường hơp này không tuân theo quy luật chung như đã nêu

Trương hợp 1 Axit nitric, muối nitrat và một số oxit của nitơ (như N2O5 )

*Axit nitric: HNO3

+Theo kiến thức từ lớp 9 thì học sinh đã biết nguyên tố nitơ trong HNO3 có hoá trị 5 Nếu đem sự hiểu biết này kết hợp với kiến thức về hoá trị ở chương trình lớp 10 thì ta

có thể suy ra trong CTCT theo đúng hoá trị của HNO3 sẻ có 5 liên kết cộng hoá trị do nguyên tử nitơ liên kết với các nguyên tử khác Do đó ta có thể viết CTCT của HNO3 theo đúng hoá trị như sau

O

H - O - N

O

Tuy nhiên HNO3 không có CTCT như trên Vì dựa vào CTCT trên ta thấy nguyên tử nitơ có 5 liên kết với ba nguyên tử oxi, tức là trước khi tham gia liên kết nguyên tử nittơ đã có 5 electron độc thân Nhưng thực tế nguyên tử nitơ không thể tồn tại 5 electron độc thân vì không có hiện tượng kích thích làm tăng số electron độc thân như nguyên tử P cùng nhóm (vì không có obital trống ở phân lớp ngoài cùng)

+Do đó HNO3 chỉ có một CTCT (theo quy tắc bát tử)

O

H - O - N

O

*Đinitơ penta oxit: N2O5

Tương tự như trên thì N2O5 không có CTCT theo đúng hoá trị

N – O – N

Mà chúng ta phải viết CTCT theo quy tắc bát tử như sau

N – O – N

Trường hợp 2 Cacbon mono oxit (CO), H3O+, NH4+

*Cacbon mono oxit CO

Trang 10

+Nếu chúng ta dựa vào hoá trị của nguyên tử oxi và nguyên tử cacbon trong hợp chất CO thì ta có CTCT theo đúng hoá trị là O = C

+Nhưng thực tế CTCT của hợp chất CO là: C O Đây là CTCT theo quy tắc bát tử

+Sở dĩ xem đây là trường hợp đặc biệt vì có hai lý do sau:

Một là: Nguyên tử cho cặp electron để tạo liên kết phối trí lại là nguyên tử có độ

âm điện lớn hơn nguyên tử nhận (trái với một số điểm cần lưu ý khi nói đến liên kết phối trí)

Hai là: Nếu chúng ta dựa vào công thức tính (a) và tính (b) để xác định số liên kết

phối trí thì ta có

Từ gía trị của (b = 0) tức là không có liên kết phối trí, trái với CTCT đúng của CO +Tuy nhiên chúng ta có thể giải thích sự hình thành phân tử CO dựa trên lý thuyết

“các nguyên tử liên kết với nhau để có cấu trúc bền vững giống cấu trúc lớp vỏ của khí hiếm gần nhất” hay là theo quy tắc bát tử

*Các ion H3O+, NH4+

Điều đặc biệt ở đây là nguyên tử cho cặp electron tạo liên kết cho nhận lại có độ âm điện lớn hơn nguyên tử nhận Nhưng chúng ta cũng giải thích được sự tạo thành các ion trên là dựa vào:

+Điều kiện taọ liên kết phối trí (Nguyên tử cho phải có cặp electron ngoài cùng chưa chia, nguyên tử nhận phải có obital trống)

+Mục đích của quá trình tạo liên kết là để có cấu trúc bền vửng của cầu trúc lớp vỏ của khí hiếm gần nhất với nó

Nguyên tử tạo liên kết phối trí (oxi)

(ngoài cùng)

Số cặp electron chưa chia

(y)

8

Số liên kết phối trí

Định dạng
Số trang	13
Dung lượng	226 KB