Bài 16. Luyện tập: Liên kết hoá học

Bài 16. Luyện tập: Liên kết hoá học tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các l...

Liên kết hóa

học (tt)

ThuyếtTương Tác Các Cặp

ElectronThuyết Liên Kết Hóa TrịThuyết Vân đạo Phân Tử

Hình dạng phân tử CHT

• Tính chất của các chất CHT

phụ thuộc vào hình dạng phân tử:

– Νηιε τ 〉ο νονγ χηαψ

– Νηιε τ 〉ο σοι

– Κηα νανγ σολϖατ ηοα

Công thức Lewis

• Không cho biết hình dạng của

phân tử của các hợp chất CHT.

• Ví dụ:

• Phân tử CCl 4

• Thực nghiệm cho biết các góc

liên kết ClCCl đều bằng 109 o

• Như vậy 4 nguyên tử Cl không

cùng nằm trên mặt phẳng

Phân tử CCl4

Các cách biểu diễn hình dạng

Thuyết tương tác các cặp electron

V alence S hell E lectron P air R epulsion theory( VSEPR ).

Phương pháp đơn giản nhưng

hiệu quả để xác định hình

dạng phân tử CHT.

Nguyên tắc:

Các cặp electron quanh

nguyên tử sẽ sắp xếp sao

cho sự tương tác là nhỏ nhất.

Áp dụng thuyết

VSEPR

• Vẽ công thức Lewis.

• Đếm số vị trí có electron quanh

• Sắp xếp các vị trí có electron

sao cho tương tác là nhỏ nhất

Các cách sắp

Các cách sắp

Các dạng phân tử

Phân tử CT Lewis vị trí e – cách xếp góc Liên

Các dạng phân tử

Các dạng phân tử

Các biến dạng

• Cặp electron không liên kết

tương tác mạnh hơn các cặp

electron liên kết.

• Liên kết đa có tương tác mạnh

hơn liên kết đơn

Các biến dạng

Các biến dạng

C O

Cl Cl

111.4 o

124.3 o

Hình dạng phân tử

Hình dạng phân tử

Hình dạng phân tử

Hình dạng phân tử

Hình dạng phân tử

Phân tử nhiều trung tâm

Xác định sự phân bố electron cho từng nguyên tử.

Moment lưỡng cực của phân tử

Khi hai nguyên tử có độ âm điện

khác nhau, mật độ điện tích âm sẽ cao hơn ở phía nguyên tử có độ âm điện cao hơn Tạo ra moment lưỡng

cực của liên kết (Qui ước chiều

của moment lưỡng cực hướng về

phía nguyên tử âm điện hơn)

Trong phân tử nhiều nguyên tử

Moment lưỡng cực của phân tử là

tổng các moment lưỡng cực của tất cả các liên kết

Moment lưỡng cực của phân tử

Moment lưỡng cực của phân tử

Moment lưỡng cực của

Moment lưỡng cực của

phân tử

CCl4: Tứ diện

Không phân cực

THUYẾT LIÊN KẾT HÓA TRỊ

Valence Bond Theory

Thuyết Liên kết hóa trị

Thuyết Lewis và VSEPR không

giải thích được độ bền của các liên kết cộng hóa trị.

Thuyết Liên kết hóa trị dựa

trên kết quả của cơ học lượng tử để giải thích sự tạo thành

liên kết

Thuyết liên kết

hóa trị

• Liên kết hóa học tạo thành do sự

xen phủ của các orbital của các nguyên tử.

• Các orbital chỉ xen phủ với nhau

khi:

– Ηαι ορβιταλ, µοι ορβιταλ χηα 1 ελεχτρον

– Μο τ ορβιταλ χηα 2 ελεχτρον ϖα 1

ορβιταλ τρο〈νγ ( λιεν κε〈τ χηο νηα ν ηαψ λιεν κε〈τ πηο〈ι τρ)

Χο ηαι κιε∑υ ξεν πηυ ταο τηανη ηαι

λοαι λιεν κε〈τ: σ ϖα Π

Liên kết σ ( sigma ) tạo thành do sự xen phủ đối xứng theo trục của hai orbital.

Sự xen phủ của 2 orbital pz trong phân tử O2:E

Độ bền liên kết

Liên kết càng bền khi mức độ xen

phủ các Orbital càng lớn (mật

độ nguyên tử giữa hai hạt nhân là lớn nhất)

1 Mức độ xen phủ phụ thuộc vào:

hình dạng, kích thước, năng lượng của các orbital, hướng xen phủ

và kiểu xen phủ giữa chúng.

2 Các orbital có năng lượng tương

đương nhau sẽ xen phủ tốt

3 Xen phủ theo trục hữu hiệu hơn

xen phủ theo mặt phẳng.

• •

1s 1s

2p

2p

Ví dụ

Xét phân tử H 2 O :

Góc liên kết dự

Sự tạp chủng

orbital

• Trước khi tạo liên kết, các orbital của

nguyên tử sẽ tổ hợp với nhau tạo ra các orbital tạp chủng

• Số orbital tạp chủng hình thành đúng

bằng số orbital tham gia tổ hợp.

+

sp sp

Tạp chủng sp:BeF2

Tạp chủng sp

Tạp chủng sp2

Tạp chủng sp3

Tạp chủng sp3d và

sp3d2

Các dạng tạp chủng

Các dạng tạp chủng

Ví dụ

HCN:

Liên kết Ba gồm 1 σ và 2 π

- spThẳng hàng

KHIEÁM KHUYEÁT CUÛA

KHIẾM KHUYẾT CỦA

• Thực tế:

– λιεν κε〈τ τρονγ Φ2+ ( 320 κϑ/µολ) βε◊ν ην λιεν κε〈τ τρονγ Φ 2 ( 155 κϑ/µολ)

KHIEÁM KHUYEÁT CUÛA

τρονγ πηαν τ Ο 2 ϖαν χον χο

ελεχτρον 〉ο χ τηαν χηα γ ηεπ χαπ.

KHIẾM KHUYẾT CỦA

THUYẾT VB

•Không giải thích được

hiện tượng quang phổ của các phân tử cộng

hóa trị

THUYẾT VÂN ĐẠO

PHÂN TỬ

M OLECULAR O RBITALS

mở rộng khái niệm

hàm sóng cho hệ phân

tử

Luận điểm

1 Trong phân tử, các electron cũng tồn

tại ở những trạng thái riêng giống như trong nguyên tử

2 Trạng thái của các electron được biểu

diễn bởi các hàm sóng ϕMO gọi là các orbital phân tử.

3 Các electron trong phân tử cũng chiếm

các orbital phân tử tuân theo các

nguyên lý bền vững, nguyên lý Pauli, quy tắc Hund.

4 Việc xác định các hàm sóng phân tử

(ϕMO ) được thực hiện bằng cách giải

phương trình sóng Schrodinger cho hệ

phân tử

Do tác dụng tương hỗ

giữa các hạt nhân và

electron trong hệ phân

tử, việc giải phương trình Schrodinger là rất phức

các giả thuyết

gần đúng

1 Các orbital phân tử được hình

thành từ sự tổ hợp tuyến tính của các orbital nguyên tử.

2 Các orbital nguyên tử tham gia

tổ hợp phải thoả điều kiện:

• Χο νανγ λνγ γ α◊ν νηαυ

• Χο τνη 〉ο〈ι ξνγ γ ιο〈νγ νηαυ

3 Chỉ có các orbital hóa trị mới

đóng góp vào sự hình thành

orbital phân tử Các orbital

nguyên tử ở lớp vỏ bên trong không bị thay đổi.

các giả thuyết

gần đúng• 4 Tùy theo kiểu tổ hợp mà sẽ tạo

thành các orbital phân tử có tính

đối xứng và năng lượng khác nhau như sau:

– Το∑ ηπ 〉ο〈ι ξνγ θυα τρυχ σε⌡ ταο τηανη χαχ ορβιταλ πηαν τ σ

– Το∑ ηπ 〉ο〈ι ξνγ θυα µατ πηανγ ταο

τηανη χαχ ορβιταλ πηαν τ π

– Το∑ ηπ δνγ ταο τηανη χαχ ορβιταλ

πηαν τ χο νανγ λνγ τηα〈π γ οι λα χαχ ορβιταλ λιεν κε〈τ ( κψ ηιε υ λα σ, ηοαχ π)

– Το∑ ηπ αµ ταο τηανη χαχ ορβιταλ πηαν τ χο νανγ λνγ χαο γ οι λα χαχ ορβιταλ πηαν λιεν κε〈τ ( κψ ηιε υ λα σ∗ ηοαχ

π∗ )

Phân tử H2

H 2 chứa orbital liên kết σ1s và orbital phản liên kết σ*1s

Phân tử (X 2 ) với X là nguyên tố chu kỳ 2

Sự tổ hợp của các orbital nguyên tử thành các orbital phân tử

Sơ đồ orbital phân tử

σ*1s

CÁCH SẮP XẾP ELECTRON

1 Tổng số electron của các orbital

phân tử bằng tổng số electron hóa trị đóng góp bởi các nguyên tử

2 Các electron sắp xếp vào các orbital

phân tử theo trật tự năng lượng từ thấp đến cao (nguyên lý bền vững)

3 Mỗi orbital phân tử chứa tối đa 2

electron, hai electron này phải có spin ngược nhau (nguyên lý loại trừ Pauli)

4 Khi sắp xếp vào các orbital có

năng lượng bằng nhau các electron

sắp sao cho tổng số spin là cực đại (quy tắc Hund)

Bậc liên kết

phân tử được xác định thông

electron trên orbital liên kết –

Tổng số electron trên orbital

phản liên kết)

kết trong phân tử càng bền.

liên kết không tồn tại.

Sự tương tác 2s - 2p

Khi năng lượng của orbital 2s và 2p cách xa nhau (các nguyên tố cuối chu kỳ như O, F), sự tương tác giữa 2s và 2p không đáng kể do đó

các orbital πx , và πy có năng lượng cao hơn orbital σ2p

Khi năng lượng của orbital 2s và 2p khá gần nhau (các nguyên tố đầu chu kỳ như B, C, N) , sự tương tác

giữa 2s và 2p là đáng kể do đó

các orbital πx , và πy có năng lượng thấp hơn orbital σ

Sự tương tác 2s - 2p

Sự tồn tại của H2 +

lieân keát trong F 2 + beàn hôn lieân keát trong F 2

Bài tập áp dụng

Bài 1

• Viết công thức Lewis, dự

đoán trạng thái tạp chủng của nguyên tử trung tâm, xác định hình dạng phân tử của các phân tử sau:

CF4 , NF3 , OF2, BF3, BeH2 , TeF4 , AsF5 , KrF2 , KrF4 , SeF6 , XeOF4 , XeOF 2 , XeO 4

Bài 2

• Dự đoán trạng thái tạp

chủng của nguyên tử lưu

huỳnh trong các phân tử và ion sau:

SO 2 ; SO 3 ; SO 42- ; S 2 O 32- (có mạch S-S-O) ; S2O82- (có mạch O-S-O-O- S-O) ; SF4; SF6 ; SF2)

Bài 3

• Phân tử allene có công thức

câu tạo như sau: H 2 C=C=CH 2

.Hãy cho biết 4 nguyên tử H có nằm trên cùng một mặt phẳng hay không? Giải thích.

Bài 4

cho thêm vào magarin làm cho magarin có mùi vị giống như bơ Hãy viết

công thức lewis, dự đoán trạng thái

tạp chủng của các nguyên tử cacbon trong hai phân tử này.

• Cho biết 4 nguyên tử C và 2 nguyên

tử O trong biacetyl có nằm trên cùng một mặt phẳng hay không? Giải thích.

O

O biacetyl

OH

O acetoin

Bài 5

• Trong số các phân tử và ion

sau, phân tử và ion nào có thể tồn tại? Giải thích.

a) H 2+ ; H 2 ; H 2- ; H

22-b) He2 ;He2+ ;He22+

C) Be2 ; Li2 ; B2

Bài 6

• Viết cấu hình electron theo

thuyết MO cho các phân tử và ion sau Tínhtoán các giá trị bậc liên kết Cho biết

chất nào là thuận từ,

2-Bài 7

• Hãy giải thích vì sao năng

lượng ion hóa thứ nhật của phân tử N 2 (1501 KJ/mol) lại lớn hơn năng lượng ion hoá thứ nhất của nguyên tử N (1402 KJ/mol)

Bài 8

• Phân tử F 2 có năng lượng ion

hóa thứ nhất lớn hơn hay

nhỏ hơn năng lượng ion hóa

thứ nhất của nguyên tử F? Giải thích.

Bài 9

• Sử dụng thuyết liên kết hóa

trị và thuyết MO để mô tả

liên kết trong ion C 22- (có trong phân tử CaC 2 )

Bài 10

• Mô tả liên kết trong NO; NO - ;

NO + bằng thuyết liên kết

hóa trị và thuyết MO Dựa

vào thuyết MO hãy dự đoán sự biến đổi về độ biền liên kết, độ dài nối N-O trong 3

phân tử này.