Bài Tiểu luận Thuyết VSEPR

Lý do chọn đề tài và mục đích nghiên cứu: Cấu trúc hình học của phân tử là một trong những yếu tố ảnh hưởng và quy định tính chất của phân tử đó như: độ bền, momen lưỡng cực,...Vì vậy vi

PHẦN THỨ 1: MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài và mục đích nghiên cứu:

Cấu trúc hình học của phân tử là một trong những yếu tố ảnh hưởng và quy định tính chất của phân tử đó như: độ bền, momen lưỡng cực, Vì vậy việc dự đoán và giải thích cấu trúc phân tử là vấn đề quan trọng trong việc nghiên cứu một chất bất kỳ Đặc biệt trong giảng dạy, khi bắt đầu một hợp chất, ta thường tìm hiểu cấu tạo chất đó Rồi từ cấu tạo ta suy ra tính chất Vì vậy, nên tôi rất tâm đắc khi được giao đề tài

“Thuyết VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion) với việc giải thích cấu trúc phân tử ”.

Với việc nghiên cứu đề tài này, tôi đã hiểu sâu hơn về cấu trúc phân tử các chất

Từ đó tôi tích lũy thêm cho mình kiến thức về mặt chuyên môn trong việc giảng dạy Đồng thời mở ra những hướng mới trong việc nghiên cứu sau này

2 Nhiệm vụ nghiên cứu:

Để đạt được mục đích nghiên cứu trên thì chúng ta cần phải hoàn thành một số vấn đề sau:

Tìm hiểu cơ sở lý thuyết và cơ sở thực tiễn của đề tài

Tìm hiểu ứng dụng của đề tài trong giảng dạy và nghiên cứu

Đề xuất phương pháp giải một số bài tập

3 Giới hạn của đề tài:

Điều kiện và khả năng còn hạn chế nên đề tài chỉ tập trung nghiên cứu một phần nhỏ hợp chất vô cơ và hữu cơ thường có trong chương trình hóa học phổ thông

và đại học

PHẦN THỨ 2: NỘI DUNG

Chương I: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI

Năm 1939, Paolinh đưa ra thuyết VB đã giải thích được các tính chất của liên kết (độ dài liên kết, năng lượng liên kết, định hướng không gian) Thuyết này giải thích định hướng không gian của phân tử trên lý thuyết lai hóa

Ví dụ: Liên kết trong phân tử CH4

Như vậy trong phân tử CH4, góc liên kết là 109,50

Xét phân tử H2O và NH3: nguyên tử Oxi và Nito ở trạng thái lai hóa sp3 Như vậy góc liên kết phải là 109,50 Tuy nhiên, thực nghiệm cấu trúc phân tử H2O, góc liên kết HOH ,HNH

là nhỏ hơn 1090 Theo thuyết VB, sở dĩ có sự sai lệch góc liên kết trên là do tính không tương đương các obitan lai hóa

Và cũng để giải thích sự biến đổi cấu trúc phân tử các chất Năm 1940,

Sidgewick và Powell đưa ra thuyết về sự đẩy của các cặp electron hay còn gọi là mô hình VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion) và được Lenard – Jones,

Gillespie và Nyholm phát triển và bổ sung

Chương II NỘI DUNG

Ý chính của thuyết này là sự sắp xếp các liên kết quanh một nguyên tử trung tâm phụ thuộc vào cách phân bố các cặp electron ở lớp vỏ ngoài của nguyên tử đó Cách phân bố tốt nhất phải đảm bảo cho năng lượng tương tác đẩy giữa các cặp electron là cực tiểu hay “khoảng cách” giữa các cặp electron là cực đại Hiển nhiên cách phân bố này phụ thuộc trước hết vào tổng số các cặp electron đó (những electron hóa trị của nguyên tử này bao gồm cảc electron liên kết và không liên kết) và những electron tham gia liên kết của các phối tử

Trước đây, chúng ta vẫn coi các cặp electron là tương đương Tuy nhiên, một

sự xem xét chi tiết đòi hỏi phải có sự phân biệt khác nhau giữa các cặp electron liên kết và không liên kết

Một cặp electron không liên kết chỉ bị hạt nhân nguyên tử trung tâm hút.Nó chiếm vùng không gian lớn hơn cặp electron liên kết Chính vì vậy tương tác đẩy giữa hai cặp electron không liên kết là lớn hơn cả Rồi đến tương tác đẩy giữa cặp electron không liên kết và cặp electron liên kết Nhỏ nhất là tương tác đẩy giữa hai cặp electron liên kết Từ đây suy ra rằng sự có mặt của electron tự do đã gây ra sự giảm góc giữa các trục của các obitan, nghĩa là giảm góc liên kết

1 Trường hợp phân tử AX n chỉ chứa các liên kết đơn

Xét phân tử AXnEm Trong đó:

A: nguyên tử trung tâm;

X: cặp electron tham gia liên kết;

E: cặp electron không tham gia liên kết

Khi đó, cấu trúc không gian của một số loại phân tử được trình bày như sau:

1.1 Cấu trúc không gian phân tử dạng AX n : (n = 2 - 6)

Số cặp

electron

hóa trị

quanh

nguyên

tử trung

tâm A

Sự phân bố các

cặp electron.

Số cặp electron liên kết

Dạng hình học và dạng phân

tử Ví dụ

2

Thẳng

2

Thẳng: AX2E0 BeH2,

BeCl2

3

Tam giác

3 Tam giác phẳng: AX3E0 BF3

Tứ diện

4

Tứ diện: AB4E0 CH4,

CCl4

5

Lưỡng chóp

tam giác

5

Lưỡng chóp tam giác:

AX5E0

PCl5

6

Bát diện đều

6

Bát diện: AX6E0 SF6;

SiF6

1.2 AX n E m : Nguyên tử trung tâm A vừa có n đôi electron liên kết, vừa có m đôi electron riêng (E)

1.2.1 Sự thay đổi góc liên kết của dạng phân tử AX n E m

1.2.2 Cấu trúc không gian phân tử dạng AX n E m

Số cặp

electro

n hóa

trị

quanh

nguyên

tử trung

tâm A

Sự phân bố các

cặp electron.

Số cặp electron liên kết

Số cặp electron không liên kết

Dạng hình học và dạng

Góc: AX2E (gấp khúc)

SnCl2,

SO2

4

Chóp tam giác:

AB3E1

NH3,

NF3

Góc: AB2E2 H2O;

OF2

2 3

Thẳng: AB2E3 XeF2;

IF2

-6

Chóp vuông:

AB5E1

BrF5;

IF5; SbF5

Vuông phẳng:

AB4E2

XeF4; ICl4

-3

3

AX3E3

AX2E4

2 Trong phân tử, nguyên tử trung tâm tạo liên kết bội

Khi nguyên tử trung tâm tạo liên kết bội, thì chỉ các cặp electron δ quyết định phương liên kết Số các cặp electron Π không được kể đến

Số các cặp

electron

Sô các cặp electron không liên kết

Ví dụ: HCN

3 Tam giác phẳng.

Ví dụ: NO3

-Góc

Ví dụ: NOCl

4 Vuông phẳng.

Ví dụ: SO4

2-Chóp

Ví dụ: IO3

-Góc

Ví dụ: ClO2

-5 Lưỡng chóp tam giác

Ví dụ: SOF4

Và tương tự, trong phân tử mà nguyên tử trung tâm vừa tạo liên kết đôi vừa tạo liên kết đơn thì góc liên kết giữa các liên kết đơn sẽ nhỏ lại, vì mây electron cồng kềnh của liên kết đôi buộc các cặp electron của các liên kết đơn xích lại gần nhau

Ví dụ: Trong phân tử andehit fomic (HCHO), góc liên kết HCH bằng 1160 , trong khi đó góc HCO bằng 1220

3 Trong phân tử mà liên kết đơn có cực

Xét phân tử NF3 và NH3 có cùng cấu trúc nhưng góc FNF bằng 1020, còn góc HNH bằng 107030’

Sở dĩ có trường hợp như thế là do ở các liên kết đơn có cực, mây electron sẽ bị biến dạng và chiếm một thể tích tương đối nhỏ ở gần nguyên tử có độ âm điện nhỏ hơn Nếu nguyên tử có độ âm điện nhỏ hơn lại là nguyên tử trung tâm thì mây electron của các liên kết đơn có thể bị nén lại bởi tác dụng của các mây electron cồng kềnh của một cặp electron không liên kết hay một liên kết đôi

Và cũng trên cơ sở đó ta lí giải trường hợp góc ClCCl trong photgen bằng 1120, trong khi đó góc HCH trong HCHO bằng 1160

b) Góc liên kết XPX trong phân tử nào lớn hơn?

Cho biết: ZP = 15; ZAs = 33; ZO = 8; ZF = 9; ZCl = 17; ZB = 5; ZN = 7; ZSi = 14; ZS = 16

Bài 4:

Mô tả liên kết trong ion I3-, xác định dạng hình học và dạng lai hóa của nguyên

tử I trung tâm

Việc nghiên cứu thuyết về sự đẩy của các cặp electron hay còn gọi là mô hình VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion) phục vụ cho việc dự đoán, giải thích

cấu trúc không gian của phân tử là vấn đề rất cần thiết trong giảng dạy và nghiên cứu

Trên đây là phần trình bày về nghiên cứu của mình về thuyết VSEPR mà tôi đã tìm hiểu được Gồm:

Giải thích được sự thay đổi góc liên kết của phân tử

Đưa ra dạng hình học của một số dạng phân tử

Với phạm vi bài tiểu luận và có ít kinh nghiệm nghiên cứu nên tôi không tránh khỏi nhiều thiếu sót Việc dự đoán cấu trúc phân tử chỉ mang tính “dự đoán”, vì dự đoán trên cơ sở lý thuyết còn trên thực nghiệm thì có sự chênh lệch và việc giải thích cấu trúc phân tử là trên cơ sở thực nghiệm Do đó nhiều vấn đề mà phần nghiên cứu này còn chưa giải thích thỏa đáng Bản thân sẽ tiếp tục tìm hiểu, hoàn thiện

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Đặng Trần Phách, Bài tập hóa cơ sở, Nhà xuất bản Giáo dục 1985.

2 Thái Doãn Tĩnh, Giáo trình cơ sở lý thuyết hóa hữu cơ, Nhà xuất bản khoa

học – kỹ thuật

3 Giới hạn của đề tài……… 1

4 Phương pháp nghiên cứu……… 1

Phần thứ 2 Nội dung……… 2

Chương I : Cơ sở lý luận của đề tài……… 2

Chương II: Nội dung……… 3

1 Trường hợp phân tử AX n chỉ chứa các liên kết đơn……… 4

1.1 Cấu trúc không gian phân tử dạng AX n : (n = 2 - 6)……… 4

1.2 AX n E m : Nguyên tử trung tâm A vừa có n đôi electron liên kết, vừa có m đôi electron riêng (E)……… 6

1.2.1 Sự thay đổi góc liên kết của dạng phân tử AX n E m ……… 6

1.2.2 Cấu trúc không gian phân tử dạng AX n E m 7

2 Trong phân tử, nguyên tử trung tâm tạo liên kết bội………. 9

3 Trong phân tử mà liên kết đơn có cực……… 9

4 Một số bài tập………. 10

Phần thứ 3 Kết luận……… 10

Tài liệu tham khảo……… 11