bài giảng hóa đại cương 3 CAC LK KHAC

Trần Minh Hương Bài giảng Hóa Đại Cương III LIÊN KẾT ION Thuyết tĩnh điện liên kết ion Tương tác hóa học xảy gồm hai giai đoạn: - Nguyên tử truyền e cho tạo thành ion - Các ion trái dấu hút theo lực hút tĩnh điện Na + Cl → Na+ + Cl– → 2 2 2 2 1s 2s 2p 3s 1s 2s 2p 3s 3p 1s 2s 2p 1s 2s 2p 3s 3p6 NaCl Khả tạo liên kết ion nguyên tố: Khả tạo liên kết ion phụ thuộc vào khả tạo ion nguyên tố:  Các nguyên tố có lượng ion hóa nhỏ (kim loại kiềm, kiềm thổ) dễ tạo cation  Các nguyên tố có lực e lớn (halogen) dễ tạo anion Chênh lệch độ âm điện nguyên tử lớn liên kết tạo thành có độ ion lớn: ∆χ Độ ion, % ∆χ Độ ion, % ∆χ Độ ion, % 0.2 1.4 39 2.6 82 0.6 1.8 55 3.0 89 1.0 22 2.2 70 3.2 92 Tính chất liên kết ion: ion xem cầu tích điện có điện trường phân bố đồng hướng nên có tính chất là: Khơng bão hịa Khơng định hướng 31 Trần Minh Hương Bài giảng Hóa Đại Cương Phân cực mạnh Sự phân cực ion: Khi cation tiến lại gần anion, tác dụng điện trường cation, e hạt nhân anion dịch chuyển theo hướng ngược nhau: → anion bị phân cực + → - Định nghĩa: Sự phân cực ion chuyển dịch đám mây e tương đối so với hạt nhân ion tác dụng điện trường ion khác Do phân cực ion mà đám mây cation anion khơng hồn toàn tách rời mà che phủ phần → Khơng có liên kết ion 100% Trong liên kết ion có phần liên kết cộng hóa trị Các yếu tố ảnh hưởng đến phân cực ion: phân cực ion xảy với mức độ khác phụ thuộc vào điện tích, kích thước cấu hình e chúng  Khả bị phân cực ion lớn lực hút hạt nhân tới e ngồi yếu:  Kích thước ion tăng → độ bị phân cực tăng  Cấu hình e:  độ bị phân cực nhỏ ion với cấu hình ns2np6  độ bị phân cực lớn ion với cấu hình ns2np6nd10  Tác dụng phân cực ion lớn điện trường mạnh  Điện tích ion q tăng → mật độ điện tích tăng → độ phân cực tăng  Kích thước ion tăng → mật độ điện tích giảm → độ phân cực giảm Anion thường có kích thước lớn → dễ bị phân cực Cation thường có kích thước nhỏ → tác dụng phân cực lớn Ảnh hưởng phân cực ion đến tính chất hợp chất ion  Độ điện ly: Sự phân cực ion ↑ → tính cộng hóa trị ↑ → tính ion ↓ → độ điện ly ↓  Độ bền: Sự phân cực ion ↑ → tính cộng hóa trị ↑ → điện tích hiệu dụng ion ↓ → lực hút ion ↓ → lượng mạng lưới ion U ↓ → độ bền tinh thể ion ↓, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ phân ly ↓ Chất LiF LiCl LiBr LiI Bán kính X- ↑→độ bị phân cực Tnc, 0C 848 607 550 469 X- ↑ → tính cht ↑ → tính ion ↓ → nhiệt độ nóng chảy ↓ Chất MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3 Bán kính M2+↑→khả phân cực Tnc, 0C 600 897 1100 1400 M2+ ↓→ tính cht ↓→ tính ion ↑→ nhiệt độ nóng chảy ↑  Độ tan hợp chất ion phụ thuộc chủ yếu vào: lượng mạng lưới tinh thể U lượng hydrat hóa cation Eh  U ↑, Eh ↓→ độ tan ↓ 32 Trần Minh Hương Bài giảng Hóa Đại Cương  Khả phân cực nước cation↑→ lực hút tĩnh điện cation lưỡng cực nước ↑→ Eh ↑→ độ tan ↑ Muối CaSO4 SrSO4 BaSO4 Độ tan (mol/l) 8.10-3 5.10-4 1.10-5 U (kJ/mol) 2347 2339 2262 Eh (kJ/mol) 1703 1598 1444 - U >> Eh → muối sulphat khó tan - Từ Ca2+ đến Ba2+: bán kính cation ↑→khản phân cực nước cation ↓→Eh ↓→độ tan ↓ IV LIÊN KẾT KIM LOẠI Các tính chất kim loại: Khơng suốt Có ánh kim Dẫn nhiệt, dẫn điện tốt Dẻo … Cấu tạo kim loại liên kết kim loại Nguyên tử kim loại có kích thước lớn → e hóa trị nằm xa hạt nhân liên kết yếu với hạt nhân → e hóa trị dễ bị bứt khỏi nguyên tử Mạng tinh thể kim loại tạo thành từ:  Những ion dương nút mạng tinh thể  Các e hóa trị tự chuyển động hỗn loạn toàn tinh thể kim loại → khí e → Liên kết có tính khơng định chỗ cao (liên kết nhiều tâm): 33 Trần Minh Hương Bài giảng Hóa Đại Cương Thuyết miền lượng cấu tạo kim loại Coi tinh thể kim loại đại phân tử có khoảng 1023 tâm Giải phương trình sóng Schrodinger cho hệ 1023 ngtử theo phương pháp MO:  Hai AO tổ hợp với tạo thành hai MO có lượng khác  Từ n AO tổ hợp với tạo thành n MO có mức lượng khác  Nếu n → ∞ mức lượng gần (chênh lệch lượng khoảng 10-22eV) → Tạo thành miền lượng xem giải lượng liên tục  Tương ứng với trạng thái lượng s, p, d, f … nguyên tử tinh thể kim loại hình thành miền lượng s, p, d, f …  Trong miền lượng orbital trải toàn tinh thể kim loại có đầy đủ tính chất MO  Các e phân bố orbital miền lượng theo quy luật giống MO gồm: Nguyên lý ngoại trừ Pauli, nguyên lý vững bền  Miền lượng chứa e hóa trị gọi miền hóa trị  Miền lượng không chứa e, nằm miền hóa trị gọi miền dẫn  Nếu miền hóa trị miền dẫn không che phủ nhau, khoảng cách hai miền gọi miền cấm Áp dụng thuyết miền lượng để giải thích tính dẫn điện chất rắn a Kim loại Trong kim loại, miền hóa trị miền dẫn che phủ nhau, khơng có miền cấm Miền hóa trị kim loại điền đầy hay khơng điền đầy e Ví dụ:  Các kim loại nhóm IA có cấu hình electron ns1 → Miền hóa trị miền s điền đầy nửa → Miền dẫn bao gồm nửa miền hóa trị s cịn trống miền p → Miền dẫn miền hóa trị tiếp xúc  Các kim loại nhóm IIA có cấu hình electron ns2 → Miền hóa trị miền s điền đầy e, miền dẫn miền p Đối với nguyên tố nhóm IIA, 34 Trần Minh Hương Bài giảng Hóa Đại Cương chênh lệch lượng ns np nhỏ → miền hóa trị miền dẫn che phủ Dưới tác dụng điện trường, e từ miền hóa trị dễ chuyển lên trạng thái lượng cao tự do, tạo thành dịng e chuyển động có hướng → kim loại dẫn điện b Chất cách điện Miền hóa trị điền đầy e Miền dẫn cách miền hóa trị miền cấm có ∆E lớn → điện trường bình thường khơng đủ khả kích thích cho e chuyển từ miền hóa trị sang miền dẫn → khơng thể dẫn điện → chất cách điện c Chất bán dẫn Miền hóa trị điền đầy e Miền dẫn cách miền hóa trị miền cấm có ∆E khơng lớn (< 3eV)→ Khi kích thích cách đun nóng, chiếu sáng hay pha thêm ngun tử khác, e chuyển từ miền hóa trị sang miền dẫn → dẫn điện được→ chất bán dẫn V LIÊN KẾT VAN DER WAALS Bản chất liên kết Van der Waals tương tác tĩnh điện Đặc điểm Là loại liên kết xuất phân tử Có thể xuất khoảng cách tương đối lớn Có lượng nhỏ Có tính khơng chọn lọc khơng bão hịa Có tính cộng Thành phần Tương tác định hướng: xuất phân tử có cực (tương tác lưỡng cực - lưỡng cực) Tương tác định hướng ↑ moment lưỡng cực phân tử ↑ T0↓ 35 Trần Minh Hương Bài giảng Hóa Đại Cương Tương tác cảm ứng: xuất phân tử có cực khơng cực (tương tác lưỡng cực – lưỡng cực cảm ứng) Tương tác đáng kể moment lưỡng cực phân tử có cực lớn Tương tác khuyếch tán: xuất nhờ lưỡng cực thời phân tử không cực có cực (tương tác lưỡng cực thời - lưỡng cực thời) Tương tác khuyếch tán ↑ moment lưỡng cực ↓ khối lượng phân tử ↑ VI LIÊN KẾT HYDRO Khái niệm chất liên kết hydro Khi nguyên tử H liên kết với nguyên tử kháccó độ âm điện lớn, e dùng chung có khuynh hướng chuyển mạnh phía ngun tố → H xem tích điện dương (Hδ+) gọi H linh động Các nguyên tử nguyên tố có độ âm điện lớn, kích thước nhỏ (mật độ điện tích âm lớn) N, O, F… gọi nguồn dư điện tử → xem chúng tích điện âm (Xδ-) Liên kết hydro liên kết đặc biệt ngun tử H linh động cịn có khả tạo thêm liên kết với nguồn dư điện tử phân tử khác (liên kết hydro liên phân tử) hay ngun tử khác phân tử (liên kết hydro nội phân tử) Liên kết hydro vừa có chất điện vừa có chất cho - nhận Đặc điểm Liên kết hydro loại liên kết yếu, yếu nhiều so với liên kết cộng hóa trị mạnh li kết Van der Waals Liên kết hydro bền Xδ- có giá trị δ lớn Ảnh hưởng liên kết hydro đến tính chất chất: liên kết hydro làm:  Tăng nhiệt độ sơi, nhiệt độ nóng chảy chất có liên kết hydro 36 Trần Minh Hương Bài giảng Hóa Đại Cương tS = 78,50C tS = -24,80C  Giảm độ acid dung dịch  Tăng độ tan dung môi  Trong sinh học, liên kết hydro giúp tạo cấu trúc bậc cao cho glucid, protid… 37 Trần Minh Hương Bài giảng Hóa Đại Cương 38 Trần Minh Hương Bài giảng Hóa Đại Cương 39