Bài 4: Sự lai hóa các Obitan nguyên tử

GV : Nguyễn Thị Kim Phượng GV : Nguyễn Thị Kim Phượng I. Khái niệm về sự lai hóa I. Khái niệm về sự lai hóa  Để hiểu được khái niệm về sự lai hóa các obitan, ta xét Để hiểu được khái niệm về sự lai hóa các obitan, ta xét liên kết trong phân tử CH liên kết trong phân tử CH 4 4 . Công thức cấu tạo : . Công thức cấu tạo : H H H – C – H H – C – H H H  Cấu hình electron nguyên tử C (ở trạng thái kích thích) Cấu hình electron nguyên tử C (ở trạng thái kích thích) : : 2s 1 1s 2     2p 3 I. Khái niệm về sự lai hóa I. Khái niệm về sự lai hóa  Trong phân tử CH Trong phân tử CH 4 4 có 4 liên kết C-H tạo thành bởi 4 có 4 liên kết C-H tạo thành bởi 4 obitan hóa trị (mỗi obitan có một electron độc thân) obitan hóa trị (mỗi obitan có một electron độc thân) của nguyên tử C (một obitan 2s và 3 obitan 2p) xen của nguyên tử C (một obitan 2s và 3 obitan 2p) xen phủ với 4 obitan 1s của 4 nguyên tử H. Như vậy, đáng phủ với 4 obitan 1s của 4 nguyên tử H. Như vậy, đáng lẽ trong phân tử CH lẽ trong phân tử CH 4 4 phải có 2 loại liên kết khác nhau phải có 2 loại liên kết khác nhau là : 1 liên kết s-s và liên 3 liên kết p-s. Tuy nhiên thực là : 1 liên kết s-s và liên 3 liên kết p-s. Tuy nhiên thực nghiệm cho biết 4 liên kết C-H trong phân tử CH nghiệm cho biết 4 liên kết C-H trong phân tử CH 4 4 giống hệt nhau có góc liên kết là 109 giống hệt nhau có góc liên kết là 109 0 0 28’. 28’.  Để giải thích trường hợp sau đây và các trường hợp Để giải thích trường hợp sau đây và các trường hợp tương tự, các nhà hóa học Mỹ Slây- tơ (J. Slater) và tương tự, các nhà hóa học Mỹ Slây- tơ (J. Slater) và Pau-linh đã đề ra thuyết lai hóa. Pau-linh đã đề ra thuyết lai hóa.  Theo thuyết này, khi nguyên tử C tham gia liên kết với 4 Theo thuyết này, khi nguyên tử C tham gia liên kết với 4 nguyên tử H tạo thành phân tử CH nguyên tử H tạo thành phân tử CH 4 4 thì obitan 2s đã tổ hợp thì obitan 2s đã tổ hợp “trộn lẫn” với ba obitan 2p tạo thành bốn obitan mới “trộn lẫn” với ba obitan 2p tạo thành bốn obitan mới giống hệt nhau, gọi là bốn obitan lai hóa sp giống hệt nhau, gọi là bốn obitan lai hóa sp 3 3 . Bốn obitan . Bốn obitan lai hóa sp lai hóa sp 3 3 xen phủ với bốn obitan 1s của bốn nguyên tử H xen phủ với bốn obitan 1s của bốn nguyên tử H tạo thành bốn liên kết C-H giống hệt nhau. tạo thành bốn liên kết C-H giống hệt nhau.  Như vậy Như vậy : : Sự lai hóa obitan nguyên tử là sự tổ hợp “trộn Sự lai hóa obitan nguyên tử là sự tổ hợp “trộn lẫn” một số obitan trong một nguyên tử để được từng ấy lẫn” một số obitan trong một nguyên tử để được từng ấy obitan lai hóa giống nhau nhưng định hướng khác nhau obitan lai hóa giống nhau nhưng định hướng khác nhau trong không gian. trong không gian.  Nguyên nhân của sự lai hóa là các obitan hóa trị ở các Nguyên nhân của sự lai hóa là các obitan hóa trị ở các phân lớp khác nhau có năng lượng và hình dạng khác phân lớp khác nhau có năng lượng và hình dạng khác nhau cần phải đồng nhất để tạo dược liên kết bền với các nhau cần phải đồng nhất để tạo dược liên kết bền với các nguyên tử khác. nguyên tử khác. I. Khái niệm về sự lai hóa I. Khái niệm về sự lai hóa II. Các kiểu lai hóa thường gặp II. Các kiểu lai hóa thường gặp 1) 1) Lai hóa sp Lai hóa sp  Lai hóa sp là sự tổ hợp 1 obitan s với 1 obitan p của Lai hóa sp là sự tổ hợp 1 obitan s với 1 obitan p của một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành 2 obitan một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành 2 obitan lai hóa sp nằm thẳng hàng với nhau hướng về 2 phía, lai hóa sp nằm thẳng hàng với nhau hướng về 2 phía, đối xứng với nhau. Lai hóa sp được gặp trong phân đối xứng với nhau. Lai hóa sp được gặp trong phân tử BeH tử BeH 2 2 và trong các phân tử C và trong các phân tử C 2 2 H H 2 2 , BeCl , BeCl 2 2 ,… ,…  Như thế, sự lai hóa sp là nguyên nhân dẫn đến tính Như thế, sự lai hóa sp là nguyên nhân dẫn đến tính thẳng hàng (gốc liên kết bằng 180 thẳng hàng (gốc liên kết bằng 180 0 0 ) của các liên kết ) của các liên kết trong những phân tử nêu trên. trong những phân tử nêu trên. 2) 2) Lai hóa sp Lai hóa sp 2 2  Lai hóa sp Lai hóa sp 2 2 là sự tổ hợp 1 obitan s với 2 obitan p của là sự tổ hợp 1 obitan s với 2 obitan p của một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành 3 obitan một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành 3 obitan lai hóa sp lai hóa sp 2 2 nằm trong một mặt phẳng, định hướng từ nằm trong một mặt phẳng, định hướng từ tăm đến đỉnh của tam giác đều. Lai hóa sp2 được tăm đến đỉnh của tam giác đều. Lai hóa sp2 được gặp trong các phân tử BF gặp trong các phân tử BF 3 3 , C , C 2 2 H H 4 4 ,… ,…  Sự lai hóa sp Sự lai hóa sp 2 2 là nguyên nhân dẫn đến các góc liên là nguyên nhân dẫn đến các góc liên kết phẳng 120 kết phẳng 120 0 0 trong BF trong BF 3 3 . . II. Các kiểu lai hóa thường gặp II. Các kiểu lai hóa thường gặp 3) 3) Lai hóa sp Lai hóa sp 3 3  Lai hóa sp Lai hóa sp 3 3 là sự tổ hợp 1 obitan s với 3 obitan p của là sự tổ hợp 1 obitan s với 3 obitan p của một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành 4 obitan một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành 4 obitan lai hóa sp lai hóa sp 3 3 định hướng từ tâm đến 4 đỉnh của hình tứ định hướng từ tâm đến 4 đỉnh của hình tứ giác đều, các trục đối xứng của chúng tạo với nhau giác đều, các trục đối xứng của chúng tạo với nhau một góc 109 một góc 109 0 0 28’. Lai hóa sp 28’. Lai hóa sp 3 3 được gặp ở các nguyên được gặp ở các nguyên tử O, N, C nằm trong các phân tử H tử O, N, C nằm trong các phân tử H 2 2 O, NH O, NH 3 3 , CH , CH 4 4 và và các ankan. các ankan.  Chú ý : Các obitan chỉ lai hóa được với nhau khi Chú ý : Các obitan chỉ lai hóa được với nhau khi năng lượng của chúng xấp xỉ bằng nhau. năng lượng của chúng xấp xỉ bằng nhau. II. Các kiểu lai hóa thường gặp II. Các kiểu lai hóa thường gặp III. Nhận xét chung về thuyết lai hóa III. Nhận xét chung về thuyết lai hóa Thuyết lai hóa có vai trò giải thích hơn là tiên Thuyết lai hóa có vai trò giải thích hơn là tiên đoán dạng hình học của phân tử. Thường chỉ sau khi đoán dạng hình học của phân tử. Thường chỉ sau khi biết phân tử có dạng hình học gì, có những góc liên kết biết phân tử có dạng hình học gì, có những góc liên kết xác định được bằng thực nghiệm là bao nhiêu, mới xác định được bằng thực nghiệm là bao nhiêu, mới dủng sự lai hóa để giải thích. Nếu cho một phân tử hay dủng sự lai hóa để giải thích. Nếu cho một phân tử hay ion, chẳng hạn AB4 mà không có dữ kiện nào, thì ion, chẳng hạn AB4 mà không có dữ kiện nào, thì thuyết lai hóa sẽ không tiên đoán được là có sự lai hóa thuyết lai hóa sẽ không tiên đoán được là có sự lai hóa tứ diện hay vuông phẳng. tứ diện hay vuông phẳng. D:\Power point\Lai hoa.exe . Như vậy : : Sự lai hóa obitan nguyên tử là sự tổ hợp “trộn Sự lai hóa obitan nguyên tử là sự tổ hợp “trộn lẫn” một số obitan trong một nguyên tử để được. II. Các kiểu lai hóa thường gặp II. Các kiểu lai hóa thường gặp 1) 1) Lai hóa sp Lai hóa sp  Lai hóa sp là sự tổ hợp 1 obitan s với 1 obitan p của Lai hóa