Bài tập lớn: Vận dụng thuyết cấu tạo Hoá học để giải một số bài tập định tính phần phi kim trong đề thi học sinh giỏi Hóa học và đề thi Olympic Hóa học 30/4

Bài tập lớn Vận dụng thuyết cấu tạo Hoá học để giải một số bài tập định tính phần phi kim trong đề thi học sinh giỏi Hóa học và đề thi Olympic Hóa học 30/4 tìm hiểu và vận dụng kiến thức các lý thuyết về cấu tạo hóa học để giải một số bài tập định tính trong đề thi HSG Hóa họcvà Olympic Hóa học 30/4. Mời các bạn tham khảo.

TR ƯỜ NG Đ I H C Đ NG NAI Ạ Ọ Ồ

KHOA S  PH M KHOA H C T  NHIÊN Ư Ạ Ọ Ự

Đ NG NAI – 2014 Ồ

M c L cụ ụ

Ph n 1: M  Đ Uầ Ở Ầ 3

1.1 Lý do ch n đ  tàiọ ề 3

1.2 Đ i tố ượng nghiên c u – Ph m vi nghiên c uứ ạ ứ 3

1.3 M c đích nghiên c uụ ứ 3

1.4 Phương pháp nghiên c uứ 3

1.5 Tài li u tham kh oệ ả 3

Ph n 2: N I DUNGầ Ộ 4

2.1 C  s  lý thuy tơ ở ế 4

2.1.1 Thuy t liên k t hóa h cế ế ọ 4

2.1.2 Phương pháp liên k t hóa tr  ­ Valence Bond (VB)ế ị 7

2.1.3 Phương pháp Orbital Phân t  ­ Molecular Orbital (MO)ử 9

2.2 V n d ngậ ụ 11

2.2.1 M t s  bài t p trong đ  thi HSGộ ố ậ ề 11

2.2.2 M tộ  s  bài t p trong đ  thi Olympic Hóa h c 30/4ố ậ ề ọ   17

Ph n 3 K T LU Nầ Ế Ậ 27

PH N 1:  Ầ M  Đ U Ở Ầ

1.1. Lý do ch n đ  tàiọ ề

Trong s  phát tri n c a Hóa H c, thuy t liên k t hóa tr  ­ Valence Bond (VB),ự ể ủ ọ ế ế ị  thuy t orbital phân t  ­ Molecular Orbital (MO) và thuy t liên k t hóa h c đóng vaiế ử ế ế ọ  trò quan tr ng trong vi c gi i thích b n ch t c u t o c a các ch t, t  đó giúp ta cóọ ệ ả ả ấ ấ ạ ủ ấ ừ  

th  d  đoán và gi i thích để ự ả ược tính ch t lý – hóa c a các ch t. ấ ủ ấ

Tuy nhiên, vi c v n d ng thi u t  duy các k t qu  nghiên c u trong h c t pệ ậ ụ ế ư ế ả ứ ọ ậ  

s  làm cho h c sinh khó đ nh hẽ ọ ị ướng được cách gi i quy t các v n đ  thu c v  b nả ế ấ ề ộ ề ả  

ch t mà các phấ ương pháp nêu trên có th  làm rõ toàn b  hay m t ph n.ể ộ ộ ầ

Do đó, đ  giúp các b n h c sinh – sinh viên n m ch c để ạ ọ ắ ắ ược giá tr  th c ti nị ự ễ  

c a vi c s  d ng các phủ ệ ử ụ ương pháp VB, MO và liên k t hóa h c, tôi quy t đ nh th cế ọ ế ị ự  

hi n đ  tài: ệ ề “V n d ng thuy t c u t o hóa h c đ  gi i m t s  bài t p đ nh tính ậ ụ ế ấ ạ ọ ể ả ộ ố ậ ị  

1.2. Đ i tố ượng nghiên c u – Ph m vi nghiên c uứ ạ ứ

­ Đ i tố ượng nghiên c u: ứ Các lý thuy t v  c u t o hóa h cế ề ấ ạ ọ

­ Ph m vi nghiên c u:  ạ ứ M t s  bài t p đ nh tính ph n phi kim trong đ  thiộ ố ậ ị ầ ề  HSG Hóa H cvà Olympic Hóa H c 30/4.ọ ọ

1.3. M c đích nghiên c uụ ứ

Hi u và v n d ng ki n th c các lý thuy t v  c u t o hóa h c đ  gi i m t sể ậ ụ ế ứ ế ề ấ ạ ọ ể ả ộ ố bài t p đ nh tính trong đ  thi HSG Hóa h cvà Olympic Hóa h c 30/4.ậ ị ề ọ ọ

1.4. Phương pháp nghiên c uứ

­ Phương pháp ti p c n tài li uế ậ ệ

­ Phương pháp gi i bài t pả ậ

1.5. Tài li u tham kh oệ ả

1. Đào Đình Th c, C u t o nguyên t  và liên k t hóa h c (2010), T p 1 và 2,ứ ấ ạ ử ế ọ ậ  Nhà xu t b n Giáo d c Vi t Nam.ấ ả ụ ệ

2. Nguy n Văn Xuy n, Hóa Lý: C u t o phân t  và liên k t hóa h c (2007),ễ ế ấ ạ ử ế ọ  

Trường Đ i H c Bách Khoa Hà N i, Nhà xu t b n Khoa H c và K  Thu t.ạ ọ ộ ấ ả ọ ỹ ậ

3. Hoàng Nhâm, Hóa h c vô c  (2000), T p 1, 2, Nhà xu t b n giáo d cọ ơ ậ ấ ả ụ

4. Nguy n Đ c V n, Hóa H c Vô C  (2008), T p 1, 2, Nhà xu t b n Khoaễ ứ ậ ọ ơ ậ ấ ả  

PH N 2:  Ầ N I DUNG Ộ

2.1. C  s  lý thuy tơ ở ế

2.1.1. Thuy t liên k t hóa h cế ế ọ [1][3]:

­Trong phân t  t n t i c  tử ồ ạ ả ương tác đ y l n tẩ ẫ ương tác hút gi a các nguyên t : t nữ ử ồ  

t i đ ng th i l c hút v i th  năng hút và l c đ y v i th  năng đ y. Gi a các liênạ ồ ờ ự ớ ế ự ẩ ớ ế ẩ ữ  

k t t n t i góc liên k t hay góc hóa tr , góc hóa tr  b  chi ph i b i s c đ y c a cácế ồ ạ ế ị ị ị ố ở ứ ẩ ủ  

c p đi n t ặ ệ ử

­ Quá trình hình thành và phá v  phân t  g n li n v i vi c gi i phóng và thu nh nỡ ử ắ ề ớ ệ ả ậ  năng lượng tương  ng. Đ  b n liên k t n i phân t  ph  thu c năng lứ ộ ề ế ộ ử ụ ộ ượng phân ly thành các nguyên t  t  do, theo b c liên k t.ử ự ậ ế

­Trong liên k t ion:ế

+ Khi các ion ngược đi n g n nhau, hi n tệ ầ ệ ượng x y ra là các đám mây đi n tả ệ ử 

d ch chuy n so v i h t nhân t o ị ể ớ ạ ạ s  phân c c hóa ion ự ự  S  phân c c hóa ion làm xu tự ự ấ  

hi n momen lệ ưỡng c c c m  ng c a t ng ion. S  tăng nhi t đ  kích thích phân c cự ả ứ ủ ừ ự ệ ộ ự  hóa

+ S  phân c c hóa n i ion làm tăng đ  b n liên k t ion và làm gi m kh  năngự ự ộ ộ ề ế ả ả  phân ly c a h p ch t ionủ ợ ấ [2]. 

+ S  phân c c l n nhau gi a các ion khác nhau làm suy y u c u trúc tinh th , doự ự ẫ ữ ế ấ ể  

đó, nhi t đ  nóng ch y c a tinh th  gi m xu ngệ ộ ả ủ ể ả ố [2]

­ Trong liên k t c ng hóa tr :ế ộ ị

+ Phân t  c ng hóa tr  thu n túy có momen lử ộ ị ầ ưỡng c c b ng 0, nh ng trong phânự ằ ư  

t  c ng hóa tr  có c c thì momen lử ộ ị ự ưỡng c c có giá tr  b ng t ng các momen thànhự ị ằ ổ  

ph n cùng v i d u c a chúng.ầ ớ ấ ủ

+ Lo i liên k t mang tính ch t liên k t ion và liên k t c ng hóa tr  là liên k tạ ế ấ ế ế ộ ị ế  bán phân c c – là m t trự ộ ường h p c a liên k t cho nh n (liên k t cho nh n là lo iợ ủ ế ậ ế ậ ạ  liên k t trong đó: c p đi n t  chung do m t c u t  đóng góp hoàn toàn).ế ặ ệ ử ộ ấ ử

­ Trong liên k t gi a các phân t :ế ữ ử

+ Liên k t hidro: hidro trong các phân t  có liên k t bão hòa hidro v n có thế ử ế ẫ ể liên k t v i các nguyên t  c a nguyên t  âm đi n m nh. Liên k t hidro  nh hế ớ ử ủ ố ệ ạ ế ả ưở  ngnhi u đ n tính ch t c a các ch tề ế ấ ủ ấ

+ Liên k t Val der Waals: l c Val der Waals bi u hi n trong ch t khí và ch tế ự ể ệ ấ ấ  

l ng, b t ngu n t  3 l c: l c đ nh hỏ ắ ồ ừ ự ự ị ướng – sinh ra do tương tác gi a các phân t  cóữ ử  momen lưỡng c c, l c c m  ng – sinh ra khi phân t  không phân c c tự ự ả ứ ử ự ương tác g nầ  

v i phân t  phân c c làm xu t hi n momen lớ ử ự ấ ệ ưỡng c c c m  ng, l c khu ch tán –ự ả ứ ự ế  

sinh ra khi xu t hi n các momen lấ ệ ưỡng c c t c th i khi 2 phân t  không phân c cự ứ ờ ử ự  

ng tác l n nhau

ươ ẫ

­ Đ  âm đi n đ c tr ng cho kh  năng hút các đi n t  khi t o liên k t hóa h c và sộ ệ ặ ư ả ệ ử ạ ế ọ ự khác nhau càng l n v  đ  âm đi n gi a hai nguyên t  trong phân t  càng l n thì đớ ề ộ ệ ữ ử ử ớ ộ phân c c càng tăng.ự  [1]

­ D a trên c  s  lý thuy t ba tính ch t c  b n c a các đi n tự ơ ở ế ấ ơ ả ủ ệ ử[1]:

+ Các đi n t  đ y l n nhau.ệ ử ẩ ẫ

+ Các đi n t  có spin gi ng nhau không th    trên cùng m t orbital.ệ ử ố ể ở ộ

+ M c dù có s c đ y tĩnh đi n nh ng hai đi n t  ngặ ứ ẩ ệ ư ệ ử ược spin có th    trên cùngể ở  

1 orbital

  Hình thành mô hình s c đ y c p đi n t  VSEPR đứ ẩ ặ ệ ử ược Sidgewich và Powell 

đ a ra năm 1940, phát tri n và b  sung b i Lenard ­ Jones, Gillespie và Nyholm.ư ể ổ ởTrong VSEPR, người ta chú ý đ n kho ng không gian c  trú c a các đi n t  saoế ả ư ủ ệ ử  cho đ t đạ ược kho ng cách xa nh t gi a các đi n t  Đi m quan tr ng c a VSPERả ấ ữ ệ ử ể ọ ủ  

là cho phép xác đ nh chính xác góc liên k t trong các phân t  có tính đ i x ng cao,ị ế ử ố ứ  

gi i thích đ nh tính các góc liên k t trong các phân t  ít đ i x ng.ả ị ế ử ố ứ [1]

+ S c đ y c a các c p đi n t  đứ ẩ ủ ặ ệ ử ượ ắc s p x p nh  sauế ư [1]:

M nh nh t là tạ ấ ương tác gi a các c p đi n t  không liên k t v i nhau.ữ ặ ệ ử ế ớ

K  đ n là tế ế ương tác gi a các c p đi n t  không liên k t v i các c p đi nữ ặ ệ ử ế ớ ặ ệ  

t  liên k t.ử ế

Tương tác y u nh t là tế ấ ương tác gi a các c p đi n t  liên k t v i nhau.ữ ặ ệ ử ế ớ

 Do đó, không gian c  trú cho các đi n t  t  do và liên k t cũng tư ệ ử ự ế ương  ng gi mứ ả  

d n nh  th  t  s p x p tầ ư ứ ự ắ ế ương tác trên.Trong các phân t  có nh ng liên k t đôi – ba,ử ữ ế  

nh ng liên k t này có chung 1 không gian c  trú: ch  c n chú ý đ n s  c p đi n tữ ế ư ỉ ầ ế ố ặ ệ ử 

t  do và s  ph i t ự ố ố ử [1]

L u ý: Trong các phân t  có các ph i t  khác nhau thì góc liên k t hình h c lí tư ử ố ử ế ọ ưở  ng

c a VSEPR khác nhauủ [1]. Các ph i t  có đ  âm đi n càng l n s  làm l ch c p đi nố ử ộ ệ ớ ẽ ệ ặ ệ  

t  liên k t v  nó nhi u h n v  nguyên t  trung tâm, liên k t dài ra và tử ế ề ề ơ ề ử ế ương tác 

gi a các c p đi n t  thayữ ặ ệ ử  

nguyên t  chuy n ti p vì ph i xét thêm vai trò c a các đi n t  trên các phân l p dố ể ế ả ủ ệ ử ớ  

ch a bão hòa. ư [1]

+ N u gi  thi t phân b  hình h c phân t  n m trong m t hình c u thì thế ả ế ố ọ ử ằ ộ ầ ườ  ngxét đ n 2 v  trí tr c và xích đ o phân t : tr c phân t  là đế ị ụ ạ ử ụ ử ường th ng vuông góc v iẳ ớ  

hướng quan sát và xích đ o vòng quanh tr c. ạ ụ

Ví d : Trong phân t  SFụ ử 4, 2 c p đi n t  t  do n m   v  trí 2 đ u tr c và 4ặ ệ ử ự ằ ở ị ầ ụ  nguyên t  flo n m trên m t ph ng xích đ o (nh  hình v    b ng trên v  mô hinhử ằ ặ ẳ ạ ư ẽ ở ả ề  VSEPR)

Công th c kinh nghi m Gillespie d  đoán d ng lai hóa c a nguyên t  trung tâm vàứ ệ ự ạ ủ ử  

d ng hình h c phân t :ạ ọ ử

n = X + E = X +

V i:ớ

n là s  orbital lai hóa.ố

X là s  nguyên t  liên k t v i nguyên t  trung tâm (ph i t ).ố ử ế ớ ử ố ử

E là s  c p đi n t  t  do.ố ặ ệ ử ự

Ngo i trạ ừ: nhân 2 cho s  ph i t  hidro.ố ố ử

Theo đó ta d  đoán g n chính xác d ng hình h c phân t  khi bi t d ng lai hóa và s  ự ầ ạ ọ ử ế ạ ố

S  c p ố ặ

đi n t ệ ử

t  do ự

Phân bố hình h c ọ phân tử

Góc 

BeCl 2 , CO 2 , HCN,,  HCN, C 2 H 2 , BeF 2 , 

hướng lưỡng c c đi n t  dự ệ ừ ương sang âm – momen lưỡng c c vĩnh c u μ khi và chự ử ỉ khi các tr ng tâm đi n tích trong phân t  không trùng lên nhau:ọ ệ ử

H  – Cl+ Momen lưỡng c c vĩnh c u đ c tr ng cho tính phân c c c a phân t  Trongự ử ặ ư ự ủ ử  

trường h p t ng các momentheo hợ ổ ướng c a chúng t  tri t tiêu l n nhau. ủ ự ệ ẫ

Ví d : Trong phân t  COụ ử 2: Liên k t C – O có μ = 1,84D, 2 momen cua 2 liên k tế ế  

ngược chi u nhau nên chúng t  tri t tiêu nhau momen phân t  μ = 0: phù h p v iề ự ệ ử ợ ớ  

th c nghi m – phân t  COự ệ ử 2 không phân c c.ự

+ Phân t  đử ược đ t trong m t đi n trặ ộ ệ ường s  có m t momen lẽ ộ ưỡng c c c mự ả  

ng. Momen này có th  làm bi n d ng phân c c

ứ ể ế ạ ự [1]. Các h p ch t có momen lợ ấ ưỡ  ng

c c vĩnh c u ch u tác d ng c a momen lự ử ị ụ ủ ưỡng c c c m  ng và momen lự ả ứ ưỡng c cự  vĩnh c uử [1]. T c là phân t  v a b  bi n d ng phân c c và phân c c hóa đ nh hứ ử ừ ị ế ạ ự ự ị ướng – tính đ nh hị ướng phân t  theo hử ướng c a đi n trủ ệ ường ngoài.[1]

+ Phân c c hóa c m  ng không ph  thu c nhi t đ  nh ng phân c c hóa đ nhự ả ứ ụ ộ ệ ộ ư ự ị  

hướng ph  thu c nhi t đ , t  l  ngh ch v i nhi t đ ụ ộ ệ ộ ỉ ệ ị ớ ệ ộ

+ Ngoài momen lưỡng c c phân t  μ, phân t  còn có momen t  vĩnh c u μự ử ử ừ ử m luôn luôn t n t i   các phân t  có đi n t  đ c thân nh  nh ng g c t  do. Momen t  c aồ ạ ở ử ệ ử ộ ư ữ ố ự ừ ủ  phân t  do giá tr  momen spin xác đ nh.ử ị ị

+ Phân t  đử ược đ t trong m t t  trặ ộ ừ ường s  hình thành monen t  c m  ng trongẽ ừ ả ứ  phân t  bi u hi n qua ử ể ệ đ  c m t  χ ộ ả ừ

­ T  hi n từ ệ ượng c m  ng t , ta có đ nh nghĩa ng n v  ch t ngh ch t  và ch t thu nả ứ ừ ị ắ ề ấ ị ừ ấ ậ  

t :ừ

+ Ch t ngh ch t  là ch t mà trong phân t  không còn đi n t  đ c thân. ấ ị ừ ấ ử ệ ử ộ

Ví d : Nito là ch t ngh ch t  vì trong phân t  không có đi n t  đ c thân: (KK)ụ ấ ị ừ ử ệ ử ộ(σ2s)2(σ*

2.1.2 Phương pháp liên k t hóa tr  ­ Valence Bond (VB)ế ị [1][3]: Ph ng pháp VBươ  

được phát tri n trên c  s  phể ơ ở ương pháp Heitler – London v  phân t  Hề ử 2 năm 1927

­ C u t o đi n t  c a các nguyên t  trong phân t  có th  th a nh n r ng v n t nấ ạ ệ ử ủ ử ử ể ừ ậ ằ ẫ ồ  

t i các tr ng thái đ n đi n t  nguyên t  v i các đi n t  đạ ạ ơ ệ ử ử ớ ệ ử ược phân b  trên c  số ơ ở nguyên lý Pauli.[1]

­ Trong phương pháp VB, người ta đ  c p đ n s  trao đ i các đi n t  gi a cácề ậ ế ự ổ ệ ử ữ  nguyên t  trong phân t , s  ghép đôi các đi n t  s  thi t l p hàm sóng toàn ph nử ử ự ệ ử ự ế ậ ầ  

c a phân t  d a trên s  ghép đôi các đi n t  mà   tr ng thái nguyên t  chúng làủ ử ự ự ệ ử ở ạ ử  

nh ng đi n t  đ c thân.ữ ệ ử ộ [1]

­ Trong phương pháp VB, ta g i nh ng hàm đ n ph n thu đọ ữ ơ ầ ượ ừc t  các c u hìnhấ  

đi n t  là nh ng ệ ử ữ c u t o hóa tr ấ ạ ị. C u t o hóa tr  có th  đấ ạ ị ể ược bi u di n b ng côngể ễ ằ  

th c v ch hóa tr  ­ bi u th  cho 1 c p đi n t  đ i song (spin ngứ ạ ị ể ị ặ ệ ử ố ược nhau).[1]

­ C u t o hóa tr  ch a tích các orbital thu c hai nguyên t  khác nhau (a, b) g i c uấ ạ ị ứ ộ ử ọ ấ  

t o đ ng c c; c u t o mà hai c p đi n t  đạ ồ ự ấ ạ ặ ệ ử ược th a nh n ho c là   nguyên t  aừ ậ ặ ở ử  

ho c lc u t o đ ng c c; c u t o mà hai c p đi n t  đặ ấ ạ ồ ự ấ ạ ặ ệ ử ược th a nh n ho c là ừ ậ ặ ở nguyên t  a ho c là   nguyên t  b g i là c u t o ion.ử ặ ở ử ọ ấ ạ [1]

­ Theo phương pháp VB, hóa tr  c a m t nguyên t  b ng s  đi n t  đ c thân cóị ủ ộ ố ằ ố ệ ử ộ  trong nguyên t ; trong nhi u trử ề ường h p: c u hình đi n t  bi n đ i khi hình thànhợ ấ ệ ử ế ổ  liên k t, do hóa tr  kích thích c a nguyên t  quy đ nh. Tr ng thái này đế ị ủ ử ị ạ ược g i làọ  

tr ng thái hóa tr ạ ị[1][3]

­ Nguyên lý xen ph  c c đ i: liên k t s  đủ ự ạ ế ẽ ược phân b  theo phố ương hướng nào để 

m c đ  xen ph  các các orbital liên k t có giá tr  l n nh t. Và đ i v i phân t  nhi uứ ộ ủ ế ị ớ ấ ố ớ ử ề  nguyên t  (n>2), các góc liên k t có nh ng giá tr  xác đ nh, đ c tính này g i là tínhử ế ữ ị ị ặ ọ  

đ nh hị ướng hóa trị[1]

­ S  lai hóa orbital trong khuôn kh  phự ổ ương pháp VB[1]:

+ Các orbital lai hóa mô t  tr ng thái hóa tr  c a nguyên t ả ạ ị ủ ử

+ Các liên k t hình thành b i các orbital lai hóa b n v ng h n liên k t b i cácế ở ề ữ ơ ế ở  orbital c  b n.ơ ả

+ Tr ng thái lai hóa là tr ng thái suy bi n, xu t hi n khi m c năng lạ ạ ế ấ ệ ứ ượng các orbital nguyên t  x p x  nhau. S  các orbital lai hóa b ng s  các orbital tham gia laiử ấ ỉ ố ằ ố  hóa

­ Đi u ki n lai hóa các AO c n các đi u ki nề ệ ầ ề ệ [1]:

+ Năng lượng c a các orbital tham gia lai hóa ph i x p x  nhau.ủ ả ấ ỉ

+ M t đ  đi n t  c a orbital đ  l n  orbital có kích thậ ộ ệ ử ủ ủ ớ ước nh ỏ

+ Đ  xen ph  c a các orbital lai hóa v i các orbital c a các nguyên t  khác liênộ ủ ủ ớ ủ ử  

k t ph i đ  l n đ  t o liên k t b nế ả ủ ớ ể ạ ế ề

­ Các liên k t sigma  , liên k t pi  , liên k t delta ế ϭ ế π ế δ[1]:

+ Liên k t   là liên k t mà đám mây đi n t  đ i x ng quay quanh tr c liên k t,ế ϭ ế ệ ử ố ứ ụ ế  

có m t đ  c c đ i trên đậ ộ ự ạ ường n i 2 h t nhân.ố ạ

+ Liên k t   là liên k t mà đám mây đi n t  có m t ph ng đ i x ng đi qua tr cế π ế ệ ử ặ ẳ ố ứ ụ  liên k t. Liên k t   có th  đế ế π ể ượ ạc t o b i 2 orbital p và d (hình hoa 4 cánh) ho c 2ở ặ  orbital d.

+ Liên k t   là liên k t mà đám mây đi n t  có 2 m t ph ng đ i x ng th ng gócế δ ế ệ ử ặ ẳ ố ứ ẳ  

v i nhau và đi qua tr c liên k t, thớ ụ ế ường ch  có trong các ph c ch t kim lo i chuy nỉ ứ ấ ạ ể  

ti p hay h p ch t các nguyên t  chu kì 3. T o b i xen ph  2 orbital d hình hoa 4ế ợ ấ ố ạ ở ủ  cánh d

­ Theo thuy t VB: Đ  hình thành các liên k t đ c bi t nh  liên k t cho nh nế ể ế ặ ệ ư ế ậ  trong m t s  phân t  nh  CO, SOộ ố ử ư 2, … thì trong phân t  đó, t n t i năng lử ồ ạ ượng kích thích đ  t o nên các đi n t  đ c thân hay các orbital tr ng đ  xen ph  các orbital.ể ạ ệ ử ộ ố ể ủ

­ Hi u qu  c a phệ ả ủ ương pháp VB: cho hình  nh c  th  v  phân t , bi n lu n nhi uả ụ ể ề ử ệ ậ ề  tính ch t v  liên k t nh : năng lấ ề ế ư ượng, đ  dài, momen … thông qua vi c kh o sátộ ệ ả  

đ ng th i tính ch t c a các đi n t ồ ờ ấ ủ ệ ử

­ H n ch  c a phạ ế ủ ương pháp VB: ch a gi i phư ả ương pháp được quan h  liên k tệ ế  trong phân t  thu n t , gi i thích các quá tình kích thích quang ph , yêu c u tínhử ậ ừ ả ổ ầ  toán quá l n, thiên v  tính ch t c ng hóa tr , ch a gi  thích đớ ề ấ ộ ị ư ả ượ ạc t i sao liên k tế  công hóa tr  có th  do s  l  đi n t  t o thành.ị ể ố ẻ ệ ử ạ

2.1.3 Phương pháp Orbital Phân t  ­ Molecular Orbital (MO)ử [1][3]: ph ng phápươ  

được phát tri n b i Hund, Mulliken, Lenard – Jones trng kho ng 1927 – 1929. ể ở ả

­ Các MO được xác đ nh b ng phị ằ ương pháp g n đúng LCAO (t  h p tuy n tính cácầ ổ ợ ế  orbital nguyên t  ­ AO) qua vi c s  d ng gi i h n m t s  AO (AO – orbital nguyênử ệ ử ụ ớ ạ ộ ố  

t ) nh m ph n ánh tính đ i x ng hay không c a phân t ử ằ ả ố ứ ủ ử [1]

­ Các AO có th  tể ương tác v i nhau t o các MO là các orbital có năng lớ ạ ượng x p xấ ỉ nhau, m c đ  xen ph  rõ r t và tính đ i x ng gi ng nhau đ i v i tr c liên k t.ứ ộ ủ ệ ố ứ ố ố ớ ụ ế  

Hi u  ng liên k t ho c ph n liên k t m nh nh t thu đệ ứ ế ặ ả ế ạ ấ ược khi 2 AO tham gia tổ 

h p có năng lợ ượng x p x  hay b ng nhau.ấ ỉ ằ [1]

­ Theo phương pháp MO: s  hình thành liên k t hình thành nh  s  chuy n các đi nự ế ờ ự ể ệ  

t  t  các AO c a các nguyên t  tử ừ ủ ử ương tác v  các MO thu c toàn b  phân t  có gi iề ộ ộ ử ớ  

h n xét riêng các đi n t  hóa trạ ệ ử ị[1]. M i MO ch  có t i đa 2 đi n t  có spin ngỗ ỉ ố ệ ử ượ  cnhau đượ ắc s p x p theo m c năng lế ứ ượng l n d n.ớ ầ

­ Khi được cung c p năng lấ ượng, đi n t  có th  chuy n t  các MO có đ  2 đi n tệ ử ể ể ừ ủ ệ ử lên các MO còn tr ng v i m c năng lố ớ ứ ượng cao h n  phân t    tr ng thái kích thích. ơ ử ở ạ

Ví d :ụ

C u hình đi n t  c a phân t  Nấ ệ ử ủ ử 2   2 tr ng thái:ở ạ

+ C  b n: (σơ ả 2s)2 (σ*

2s)2 (πx)2 (πy)2 (σz)2.+ Kích thích b ng b c x : (σằ ứ ạ 2s)2 (σ*

­ Trong phân t  đ ng h ch Aử ồ ạ 2 (A – nguyên t  chu kì 2), khi đố ược cung c p năngấ  

lượng đ  l n, các đi n t  trong các MO có đi n t  có th  chuy n lên các MO tr ng,ủ ớ ệ ử ệ ử ể ể ố  

t o tr ng thái kích thích trong phân t  và cũng có th  ion hóa phân t ạ ạ ử ể ử [1]

* Gi n đ  năng lả ồ ượng các phân t  đ ng h ch Aử ồ ạ 2 nguyên t  chu kì 2:ố

­ Trong phân t  d  h ch AB (Gi  thi t B âm đi n h n A), S  xen ph  2 AO v iử ị ạ ả ế ệ ơ ự ủ ớ  năng lượng khác nhau t o 1 MO liên k t làm xu t hi n phân t  có c c, nguyên t  cóạ ế ấ ệ ử ự ử  năng lượng th p s  chi m đi n tích riêng ph n c a liên k t.ấ ẽ ế ệ ầ ủ ế

­ Các MO ph n liên k t có năng lả ế ượng cao h n các MO liên k t.ơ ế [1]

­ Đ ng th i, các phân t  MO có năng lồ ờ ử ượng ion hóa cao h n các nguyên t  AO thamơ ử  gia t  h p MOổ ợ [1]. 

Ví d :ụ

Phân t  Oử 2 có các đi n t  ngoài cùng n m   các MO ph n liên k t nên năngệ ử ằ ở ả ế  

lượng ion hóa cao h n năng lơ ượng ion hóa c a nguyên t  O.ủ ử

­ Đ  b i liên k t  độ ộ ế ượ ử ục s  d ng đ  đánh giá đ  b n liên k t.ể ộ ề ế

­ Hi u qu  c a phệ ả ủ ương pháp MO: đánh giá được tính đ i x ng, tính thu n t , số ứ ậ ừ ố liên k t, m c đ  xen ph  c a các orbital, các kích thích quang ph , kh  năng t oế ứ ộ ủ ủ ổ ả ạ  liên k t c a các phân t  thông qua vi c kh o sát riêng bi t t ng đi n t ế ủ ử ệ ả ệ ừ ệ ử

­ H n ch  c a phạ ế ủ ương pháp MO: ch a đánh giá đư ược tính đ nh hị ướng trong liên k tế  

c ng hóa tr , ch a th  hi n mô hình phân t  c  th , kh  năng bi n lu n các tínhộ ị ư ể ệ ử ụ ể ả ệ ậ  

ch t c a liên k t, thiên v  tính ch t ion c a liên k t, tính bão hòa c a liên k t.ấ ủ ế ề ấ ủ ế ủ ế

2.2. V n d ngậ ụ

2.2.1. M t s  bài t p trong đ  thi HSGộ ố ậ ề

Bài 1: (Kì thi h c sinh gi i thành ph , Thành ph  Đà N ng 2004 ­ 2005)ọ ỏ ố ố ẵ

a. S  d ng công th c kinh nghi m Gillespie đ  d  đoán d ng lai hóa c a:ử ụ ứ ệ ể ự ạ ủ

­ PF3:  = 4  phân t  PFử 3 có 4 orbital lai hóa sp3 và có 1 c p đi n t  t  do.ặ ệ ử ự

­ PF5: = 5  phân t  PFử 5 có 5 orbital lai hóa sp3d

S  d ng mô hình VSEPR, ta xác đ nh đử ụ ị ược phân t :ử

 PF3 có phân ph i hình h c tháp tam giác.ố ọ

PF5 có phân ph i hình h c lố ọ ưỡng tháp tam giác

b. Theo thuy t liên k t hóa h c: Nguyên t  flo âm đi n h n nguyên t  photpho nênế ế ọ ử ệ ơ ử  các c p đi n t  liên k t l ch v  các nguyên t  flo h n photpho.ặ ệ ử ế ệ ề ử ơ

­ Phân t  PFử 3  phân c c m nh do t ng momen lự ạ ổ ưỡng c c phân t  l n có chi uự ử ớ ề  

hướng xu ng dố ưới m t ph ng 3 nguyên t  flo.ặ ẳ ử

­Phân t  PFử 5 không phân c c vì t ng momen lự ổ ưỡng c c 3 liên k t ph ng b ng 0 ­ự ế ẳ ằ  

đ t đạ ược góc liên k t FOF lý tế ưởng 1200  và t ng momen lổ ưỡng c c 2 liên k tự ế  

ngược chi u   tr c phân t  cũng b ng 0.ề ở ụ ử ằ

Bài 2: (Đ  thi ch n H c sinh gi i Qu c gia THPT, 2012 ­ B  Giáo d c và Đàoề ọ ọ ỏ ố ộ ụ  

T o)ạ

Phân t  NHử 3 có d ng hình chóp tam giác đ u (nguyên t  N   đ nh hình chóp). Ion  cóạ ề ử ở ỉ  

d ng hình t  di n đ u (nguyên t  N n m   tâm c a t  di n đ u). D a vào s  xenạ ứ ệ ề ử ằ ở ủ ứ ệ ề ự ự  

ph  c a các orbitan, hãy mô t  s  hình thành các liên k t trong phân t  NHủ ủ ả ự ế ử 3 và ion 

K t h p v i lý thuy t lai hóa trong khuôn kh  phế ợ ớ ế ổ ương pháp VB, ta nh n xét:ậ

­ Trong phân t  NHử 3: có 3 liên k t   v i 3 nguyên t  hidro b i 3 orbital lai hóa, còn 1ế σ ớ ử ở  

c p đi n t  t  do n m trên orbital lai hóa còn l i.ặ ệ ử ự ằ ạ

­ Trong ion NH4 : ngoài 3 liên k t v i các nguyên t  hidro nh  NHế ớ ử ư 3 còn có liên k t ế

gi a orbital có 2 đi n t  v i nguyên t  hidro H đữ ệ ử ớ ử ược kích thích thành H+ ­ orbital 1s 

tr ng, t o liên k t   th  t ố ạ ế σ ứ ư

Bài 3: (Đ  thi ch n H c sinh gi i Qu c gia THPT, 2009 ­ B  Giáo d c và Đàoề ọ ọ ỏ ố ộ ụ  

D a trên đi u ki n lai hóa theo phự ề ệ ương pháp VB:

o Các orbital p c a C nh  h n các orbital p c a Si.ủ ỏ ơ ủ

o M t đ  đi n t  trên các orbital p c a C l n h n đ i lậ ộ ệ ử ủ ớ ơ ạ ượng tương 

ng c a Si

ứ ủ

Do v y, các liên k t πậ ế p ­ p c a nguyên t  cacbon v i các nguyên t  cacbon ủ ử ớ ửkhác hay nguyên t  nguyên t  khác đ t hi u qu  cao h n vi c t o liên k t   c a ử ố ạ ệ ả ơ ệ ạ ế π ủnguyên t  Si.ử

K t lu n: Cacbon có kh  năng t o liên k t   t t h n kh  năng t o liên k t   ế ậ ả ạ ế π ố ơ ả ạ ế π

c a silic k  c  đ n ch t l n h p ch t.ủ ể ả ơ ấ ẫ ợ ấ

Bài 4: (Kì thi ch n H c sinh gi i c p t nh THPT l p 12, 2009 ­ S  Giáo d c vàọ ọ ỏ ấ ỉ ớ ở ụ  

Đào t o Qu ng Ninh)ạ ả

Đi m sôi c a NFể ủ 3 = ­1290C còn c a NHủ 3 = –330C. Amoniac tác d ng nh  m t bazụ ư ộ ơ Lewis còn NF3 thì không. Momen lưỡng c c c a NHự ủ 3 = 1,46D l n h n nhi u so v iớ ơ ề ớ  momen lưỡng c c c a NFự ủ 3 = 0,24D m c dù đ  âm đi n c a F l n h n nhi u so v iặ ộ ệ ủ ớ ơ ề ớ  

H. Hãy gi i thích.ả

N i dung gi iộ ả:

S  d ng công th c Gillespie đ  xác đ nh s  các orbital lai hóa c a NFử ụ ứ ể ị ố ủ 3 và NH3:

­ NF3:  Phân t  NFử 3 có 4 orbital lai hóa sp3 và có 1 c p đi n t  t  do.ặ ệ ử ự

­ NH3:  Phân t  NHử 3 có 4 orbital lai hóa sp3 và có 1 c p đi n t  t  do.ặ ệ ử ự

V n d ng thuy t liên k t hóa h c:ậ ụ ế ế ọ

­ Phân t  NHử 3 có th  t o để ạ ược liên k t hidro liên phân t , phân t  NFế ử ử 3 thì không 

đi m sôi c a NHể ủ 3 l n h n đi m sôi c a NFớ ơ ể ủ 3

­ Tính baz  theo Lewis c a NHơ ủ 3 và NF3 tùy thu c theo m t đ  đi n t  trên nguyênộ ậ ộ ệ ử  

t  nito c a NHử ủ 3 và NF3. NH3 là 1 baz  Lewis nh ng NFơ ư 3 không ph i là baz  Lewisả ơ  vì:

+ Trong phân t  NHử 3: đ  âm đi n c a nguyên t  nito l n h n đ  âm đi n c aộ ệ ủ ử ớ ơ ộ ệ ủ  nguyên t  hidro, làm l ch c p đi n t  liên k t v  nguyên t  nito  m t đ  đi n tử ệ ặ ệ ử ế ề ử ậ ộ ệ ử trên nguyên t  nito l n.ử ớ

+ Trong phân t  NFử 3: đ  âm đi n c a nito nh  h n đ  âm đi n c a flo nên c pộ ệ ủ ỏ ơ ộ ệ ủ ặ  

đi n t  liên k t l ch v  nguyên t  flo  m t đ  đi n t  trên nguyên t  nito th p h nệ ử ế ệ ề ử ậ ộ ệ ử ử ấ ơ  

đ i lạ ượng tương  ng c a NHứ ủ 3

­ Vì đ  âm đi n c a flo l n h n nhi u so v i đ  âm đi n c a hidro nên:ộ ệ ủ ớ ơ ề ớ ộ ệ ủ

+ Momen lưỡng c c c a c p đi n t  t  do ngự ủ ặ ệ ử ự ược chi u v i t ng momen lề ớ ổ ưỡ  ng

c c trong phân t  NHự ử 3 cùng chi u nhau.ề

+ Momen lưỡng c c c a c p đi n t  t  do ngự ủ ặ ệ ử ự ược chi u v i t ng momen lề ớ ổ ưỡ  ng

c c trong phân t  NFự ử 3 ngược chi u nhau.ề

Bài 5: (Đ  thi HSG Hóa H c 12 c p t nh, 2010­2011 – S  Giáo D c và Đào t oề ọ ấ ỉ ở ụ ạ  

Đ ng Nai)ồ

Anion X2­ có c u hình electron gi ng c u hình electron c a khí hi m agon. Nguyênấ ố ấ ủ ế  

t  X có th  k t h p v i flo thành h p ch t XFố ể ế ợ ớ ợ ấ n trong đó n có giá tr  c c đ i.ị ự ạ

a. Xác đ nh nguyên t  X và ch  s  n d a vào c u hình electron c a nguyên t  X.ị ố ỉ ố ự ấ ủ ố

b. Cho bi t trong phân t  XFế ử n, nguyên t  X có ki u lai hoá gì? Vi t công th c c uử ể ế ứ ấ  

t o và v  mô hình phân t  XFạ ẽ ử n, bi t các góc liên k t trong phân t  đ u b ng 90ế ế ử ề ằ 0

N i dung gi iộ ả:

a. C u hình đi n t  l p ngoài cùng c a agon là 3sấ ệ ử ớ ủ 23p6, cùng c u hình l p ngoài cùngấ ớ  

c a Xủ 2­X có c u hình đi n t  l p ngoài cùng là 3sấ ệ ử ớ 23p4X là l u hu nh.ư ỳ

Theo phương pháp liên k t hóa h c và VB, c u hình đi n t  l p ngoài cùng c a l uế ọ ấ ệ ử ớ ủ ư