Chuong4 liên kết hóa học và cấu tạo phân tử

CHƯƠNG LIÊN KẾT HÓA HỌC VÀ CẤU TẠO PHÂN TỬ Một số khái niệm    Bản chất liên kết: Lực hút nguyên tử,có chất điện hạt nhân tích điện dương electron tích điện âm Các electron thực liên kết hóa học chủ yếu electron phân lớp cùng: ns, np, (n-1)d, (n-2)f, gọi electron hóa trò Độ dài liên kết: Khoảng cách hai hạt nhân nguyên tử tương tác với (thường tính A0)  Góc hóa trò góc tạo thành hai đoạn thẳng tưởng tượng nối hạt nhân nguyên tử trung tâm với hạt nhân hai nguyên tử liên kết – – – – –   Linear : Đường thẳng Trigonal planar: Tam giác phẳng (đều) Tetrahedral: Tứ diện (đều) Trigonal pyramicdal: Hai kim tự tháp tam giác (đều) Octahedral: Bát diện (đều) Năng lượng liên kết: (kcal hay kJ/mol) lượng cần tiêu tốn để phá hủy lên kết Độ bội liên kết: Là số liên kết hình thành hai nguyên tử liên kết – Ví dụ: C – C độ bội 1, C C độ bội  Quy tắc Bát (octet - Lewis Langmuir) – “Để có trạng thái electron ổn định giống khí trơ, ngun tử có khuynh hướng nhận, cho, hay chia sẻ electron để tầng ngồi có góp phần vào cặp electron (bát bộ).”   Quy tắc bát có ngoại lệ Thí dụ với hydrogen helium, số electron tối đa thay 8; với phosphorus (P) số 10; với sulfur (S) số 12 Có trường hợp ngoại lệ quy tắc octet: – Phân tử có electron độc thân (ClO2, NO, NO2) – Phân tử có nguyên tử có octet (BF3) – Phân tử có nguyên tử có nhiều octet (các nguyên tố chu kỳ 3)  Các loại liên kết hóa học: – Liên kết cộng hóa trò (Covalent bond) kết việc chia, ghép electron nguyên tử, thường gặp phi kim – Liên kết ion (Ionic bond) kết việc chuyển electron từ kim loại sang phi kim – Liên kết kim loại (Metallic bond) lực hút nguyên tử kim loại tinh khiết với – Liên kết hydro (Hydrogen bond) lực tương tác đặc biệt (có thể lưỡng cực-lưỡng cực) tồn nguyên tố có độ âm điện lớn hydro LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ  Phương pháp Heitler-London (Valence Bond Theory – VB, hay L-H) – Do Walter Heitler Fritz London đưa năm 1927 phát triển lý thuyết cấu trúc Lewis Về sau Linus Pauling phát triển thêm thuyết cộng hưởng lai hóa (1930)  Còn gọi phương pháp cặp electron – Dựa sở nghiên cứu hình thành phân tử H2 + + Ha ra2 rb2 ra1 rb2 - e1 - e2 Hb  Khi xa  = a1 b2 (1) –  : Hàm số sóng phân tử mô tả chuyển động hai electron – a1, b2 Hàm sóng nguyên tử (giữa a 1, b 2)  Khi Ha, Hb lại gần ta có thêm lực hút ae2, be1, cần bổ sung: ’ = a2 b1 (2)   Hàm sóng gần tổ hợp (1) (2), dạng: Lý thuyết miền lượng cấu tạo kim loại     Cơ sở lý thuyết thuyết OP áp dụng cho hệ khoảng 1023 nguyên tử Theo thuyết OP hai nguyên tử tương tác xảy che phủ tạo OP liên kết phản liên kết Tức trạng thái lượng nguyên tử tách thành hai trạng thái lượng phân tử Vậy có 3, 4, 5…nguyên tử tương tác với trạng thái lượng nguyên tử lại tách thành 3, 4, 5… trạng thái lượng phân tử Xét tinh thể có nguyên tử tương ứng với mức lượng tổ hợp tạo OP Các mức lượng trải giải lượng xem liên tục Sơ đồ tách trạng thái lượng nguyên tử thành trạng thái lượng phân tử Chiều rộng vò trí miền lượng đònh giá trò khoảng cách cân nguyên tử tinh thể chất rắn – Miền chứa electron hóa trò gọi miền hóa trò(1) – Miền tự nằm miền hóa trò gọi miền dẫn (2) – Miền xuất (1) (2) (nếu có) miền cấm (3)  Electron ion dương kim loại có lực hút mạnh Tức phải cần lượng lớn để phá hủy lượng Do lượng thường có nhiệt độ sôi cao, nguyên lý gần giống liên kết ion  Vì chất liên kết kim loại nên kim loại có tính chất đặc trưng: Bền, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi, dẫn nhiệt dẫn điện ánh kim Cấu trúc kim loại, chất bán dẫn chất cách điện Kim loại: E