cấu trúc phân tử liên kết phân tử

10/3/2017 NỘI DUNG 6.1 Mơ hình đẩy cặp electron lớp hóa trị (Valence Shell Electron Pair Repulsion, VSEPR) 6.2 Độ phân cực phân tử - momen lưỡng cực (Dipole moment) 6.3 Lý thuyết liên kết cộng hoá trị (Valence Bond) 6.4 Lý thuyết vân đạo phân tử (Molecular Orbital) 6.5 Áp dụng 10/3/2017 Mục tiêu: Phân biệt cách xếp cặp electron với hình dạng phân tử Xác định cách xếp cặp electron ngun tử Dự đốn hình dạng phân tử mơ hình VSEPR Hình dạng phân t 1996 âChris Ewels Harold W Kroto Cu trúc Lewis: H O H ••  Hình dạng phân tử: xác định • Góc liên kết (bond angle): góc liên kết kề • Độ dài liên kết (bond length): khoảng cách hạt nhân 10/3/2017  phân tử CCl4: Góc Cl-C-Cl = 109.50 (exp.)  Phân tử phẳng Bằng cách xác định hình dạng phân tử ? Chỉ biết electron! Ví dụ vẽ cấu trúc NH3? H N N H H H H H Các cặp electron tạo liên kết lập có xu hướng cách xa nhau! 10/3/2017 VSEPR – Valence Shell Electron Pair Repulsion Model Đốn nhận dạng hình học phân tử từ lực đẩy tĩnh điện cặp electron (tạo liên kết cô lập) Quy tắc VSEPR thứ  Phân tử có hình dạng cho lực đẩy tĩnh điện cặp electron lớp hoá trị nhỏ Lực đẩy nhỏ cặp electron xa Số ngtử liên Số electron cô Cách kết với ngtử lập ngtử xếp cặp Phân loại trung tâm trung tâm electron AB2 Hình học phân tử Thẳng Thẳng B B 10/3/2017 cặp electron cô lập nguyên tử trung tâm Cl Be Cl Nguyên tử nối với nguyên tử trung tâm VSEPR Số ngtử liên Số electron cô Cách kết với ngtử lập ngtử xếp cặp trung tâm Phân loại trung tâm electron AB2 thẳng AB3 tam giác phẳng Hình học phân tử thẳng tam giác phẳng 10/3/2017 Phẳng VSEPR Số ngtử liên Số electron cô Cách kết với ngtử lập ngtử xếp cặp trung tâm Phân loại trung tâm electron thẳng Hình học phân tử thẳng AB2 AB3 tam giác phẳng tam giác phẳng AB4 tứ diện tứ diện 10/3/2017 Tứ diện VSEPR Số ngtử liên Số electron cô Cách kết với ngtử lập ngtử xếp cặp trung tâm Phân loại trung tâm electron Hình học phân tử AB2 thẳng thẳng AB3 tam giác phẳng tam giác phẳng AB4 tứ diện tứ diện AB5 lưỡng tháp lưỡng tháp Tam giác Tam giác 10/3/2017 Lưỡng tháp Tam giác VSEPR Số ngtử liên Số electron cô Cách kết với ngtử lập ngtử xếp cặp trung tâm Phân loại trung tâm electron AB2 thẳng AB3 tam giác phẳng AB4 tứ diện AB5 AB6 Hình học phân tử thẳng tam giác phẳng tứ diện lưỡng tháp lưỡng tháp Tam giác Tam giác Bát diện Bát diện 10/3/2017 Bát diện Bảng 1: 10/3/2017 Các bước để dự đoán hình dạng phân tử  Viết cấu trúc Lewis phân tử  Xác định số không gian (steric number) nguyên tử trung tâm Số không gian = Số cặp e cô lập + Số ngtử liên kết  Dùng số không gian để xác định cách xếp cho cặp electron lớp hoá trị cách xa nhất, đẩy CO2 O=C=O O—C—O Cấu trúc Lewis Hình học phân tử Khi khơng có cặp electron lập ngun tử trung tâm thì: cách xếp cặp e hố trị phản ảnh hình dạng phân tử O  H2O •• H O H •• H H  Tính chất cặp electron lập ?  Ảnh hưởng cặp electron lên hình dạng phân tử ? Quy tắc VSEPR thứ Lực đẩy (cặp e cô lập - cặp e cô lập) > Lực đẩy (cặp e cô lập - cặp e liên kết) H O H > Lực đẩy (cặp e liên kết - cặp e liên kết) 10 Bảng (tt): 10/3/2017 Áp dụng VSEPR để xác định hình dạng phân tử Phân dạng phân tử thành nhóm: Nguyên tử trung tâm có hay khơng có electron lập Viết cấu trúc Lewis cho phân tử, ý đến cặp electron xung quanh nguyên tử trung tâm Tính số cặp electron xung quanh nguyên tử trung tâm Nối đôi, nối ba xem nối đơn Sử dụng bảng để xác định dạng hình học phân tử Cấu trúc Lewis tứ diện tháp tam giác 16 10/3/2017 Hãy cho biết cách xếp cặp electron, góc liên kết hình dạng (a)BrF5, (b)ClNO (c) [CO3]2- Phân tử có nhiều nguyên tử trung tâm CH3—CN Áp dụng mơ hình VSEPR cho ngun tử trung tâm riêng biệt H Cấu trúc Lewis là: H C(1) C N (2) H N  C(1) có số khơng gian =  cặp e xếp dạng tứ diện  Góc liên kết H-C(1)-H H-C(1)-C(2) phải vào khoảng 109o  C(2) có số khơng gian =  cách xếp cặp electron thẳng C C H H H  Góc liên kết C(1)-C(2)-N 180 17 10/3/2017 Mục tiêu: Dự đốn tính phân cực phân tử từ tính phân cực liên kết hình dạng phân tử d+ d-  Xác định độ phân cực liên kết:  Độ âm điện: EN  Momen lưỡng cực : =Qr Q = giá trị tuyệt đối điện tích r = độ dài lưỡng cực  (Debye), D = 3.33 x 1018 Cm  Xác định độ phân cực phân tử ?  Phân tử gồm hai nguyên tử: H-F hay H-Br phân tử = phân cực liên kết H F H Br  Phân tử đa nguyên tử ? phân tử =  phân cực liên kết  cần biết hình dạng phân tử 18 10/3/2017 S O Momen lưỡng cực Phân tử phân cực Momen lưỡng cực Phân tử phân cực H O C H O Khơng có momen lưỡng cực Phân tử khơng phân cực C H H Khơng có momen lưỡng cực Phân tử khơng phân cực Xét tính phân cực phân tử sau: Phân cực Không phân cực Không phân cực Phân cực Phân cực 19 10/3/2017 Thực nghiệm cho thấy phân tử PF2Cl3 không phân cực Hãy xác định cách xếp cặp e hình dạng phân tử • Phân tử có ngun tử liên kết khơng có cặp e lập, số không gian 5; xếp cặp e lưỡng tháp tam giác • Có thể hình dung ba cách xếp nguyên tử F Cl có moment lưỡng cực F Cl P F Cl Cl F P Cl moment lưỡng cực F P Cl F Cl Cl F Cl Cl moment lưỡng cực Nếu phân tử (giả thuyết) SF2Cl2Br2 khơng phân cực hình dạng cách xếp nguyên tử phải nào? • Phân tử có nguyên tử liên kết khơng có cặp e lập, số không gian 6; xếp cặp e bát diện F Br Cl S Br Cl F moment lưỡng cực 20 10/3/2017  Cấu trúc Lewis mơ hình VSEPR khơng giải thích hình thành nối  Bằng cách để diễn tả hình dạng phân tử theo số hạng học lượng tử ?  Các vân đạo (orbitan) có liên quan đến liên kết ? Sử dụng lý thuyết liên kết cộng hóa tri Liên kết hình thành từ xen phủ (overlap) vân đạo hoá trị ngun tử tham gia dùng chung đơi electron Có electron có spin ngược chiều vân đạo xen phủ  Xen phủ nhiều, liên kết mạnh  Sự hình thành phân tử H2 (1s1) (1s1) Vùng xen phủ  Sự hình thành phân tử HCl Cl2 Vùng xen phủ 21 10/3/2017  Sự hình thành phân tử H2 (1s1) (1s1) Vùng xen phủ  Sự hình thành phân tử HCl Cl2 Vùng xen phủ 22 10/3/2017  Sự hình thành phân tử H2S H – 1s1 S – [Ne] 3s23p4 Nếu liên kết hình thành từ xen phủ vân đạo 3p S với 1s H, dạng hình học H2S? H2S Dự đốn HSH = 90 Thực nghiệm HSH = 92  Phù hợp với kết thực nghiệm  Sự hình thành phân tử NH3 ? H – 1s1 N – 1s22s22p3 Nếu liên kết hình thành từ xen phủ vân đạo 2p N với 1s H, N N dạng hình học NH3? N NH3 Dự đoán HNH = 90 Thực nghiệm HNH = 107  Không phù hợp với kết thực nghiệm 23 10/3/2017 Sự tạp chủng hoá vân đạo nguyên tử  Các vân đạo tạp chủng vân đạo tạo thành phối hợp hai nhiều vân đạo nguyên tử nguyên tử  Các vân đạo tạp chủng tạo thành có hình dạng định hướng khác vân đạo nguyên tử dùng để tạo chúng  Số lượng vân đạo tạp chủng với số AO dùng để tạo chúng Một vân đạo 2s tạp chủng vời vân đạo 2p cho hai vân đạo tạp chủng mới, có hình dạng định hướng khác vân đạo 2s 2p Vân đạo tạp chủng sp3 24 10/3/2017 Tạp chủng sp3 N Tạp chủng sp3 C 25 10/3/2017 Vân đạo tạp chủng sp2 BF3 Tam giác phẳng Vân đạo tạp chủng sp BeCl2 26 10/3/2017 Vân đạo tạp chủng sp3d, sp3d2 Bằng cách để đoán nhận trạng thái tạp chủng nguyên tử trung tâm ? Tính số electron cô lập số nguyên tử liên kết với nguyên tử trung tâm (số không gian) Số không gian Góc liên kết Tạp chủng Ví dụ 180 sp BeCl2 120 sp2 BF3 109.5 sp3 CH4, NH3, H2O 90, 120 sp3d PCl5 90 sp3d2 SF6 27 10/3/2017 Bảng 3: Phân tử có liên kết đa  Liên kết đơn: Xen phủ giữ a hai AO s Xen phủ giữ a AO s p Xen phủ giữ a AO s vân đạ o tạ p chủng Xen phủ giữ a hai AO p Xen phủ giữ a AO p vâ n đạ o tạ p chủ ng Xen phủ giữ a hai vâ n đạ o tạ p chũ ng  Các liên kết này, tạo thành từ xen phủ theo trục đối xứng AO hay vân đạo tạp chủng, gọi liên kết sigma (σ) Trong liên kết σ, cặp e dùng chung phân bố đối xứng quanh trục nối hai nhân nguyên tử liên kết 28 10/3/2017  Liên kết đôi: Trong etylen C2H4, cặp e C xếp theo dạng tam giác phẳng, C dùng vân đạo sp2 để tạo liên kết N aên g lượn g 2p 2p sp 2 Vân đạo tạp g sp C 2s C  Liên kết ba:  Cấu trúc Lewis có liên kết ba H C C H  Hình dạng thẳng: C trạng thái tạp chủng sp Biểu đồ mức lượng nguyên tử C, sp, tạo liên kết: N a ên g l ïn g 2p 2p sp V a ân ñ a ïo ta ïp c h u ûn g s p tr e ân C 2s C 29 10/3/2017 Mô tả cách tạo liên kết CH3-CH=CH2 Hãy cho biết tạp chủng nguyên tử trung tâm loại (σ hay π) liên kết H Cấu trúc Lewis propylene H C(2) C(3) H C(1) H H H Số không gian C(1) 4: tứ diện ; góc liên kết quanh C(1) ≈ 109o tạp chủng tương ứng sp3 Số không gian C(2) C(3) 3: tam giác phẳng ; tạp chủng tương ứng sp2 1s 1s sp2 sp2 sp3 1s 1s (a) (b)  Các liên kết C-H: tạo thành từ xen phủ vân đạo sp3, sp2 C với vân đạo 1s nguyên tử H  Liên kết C(1)-C(2) tạo thành từ xen phủ vân đạo sp3 C(1) với vân đạo tạp chủng sp2 C(2) Một hai liên kết C(2) C(3) liên kết σ tạo thành từ xen phủ vân đạo sp2 nguyên tử Như liên kết liên kết σ  Liên kết thứ nhì C(2) C(3) tạo thành từ xen phủ bên vân đạo p nguyên tử C, liên kết π 30 ... định độ phân cực phân tử ?  Phân tử gồm hai nguyên tử: H-F hay H-Br phân tử = phân cực liên kết H F H Br  Phân tử đa nguyên tử ? phân tử =  phân cực liên kết  cần biết hình dạng phân tử 18... cực Phân tử phân cực Momen lưỡng cực Phân tử phân cực H O C H O Khơng có momen lưỡng cực Phân tử khơng phân cực C H H Khơng có momen lưỡng cực Phân tử khơng phân cực Xét tính phân cực phân tử. .. sau: Phân cực Không phân cực Không phân cực Phân cực Phân cực 19 10/3/2017 Thực nghiệm cho thấy phân tử PF2Cl3 không phân cực Hãy xác định cách xếp cặp e hình dạng phân tử • Phân tử có ngun tử liên