hoa_dai_cuong_quyen_chuong_2.pdf

Lực tương tác giữa các phân tử bắt đầu trội hơn năng lượng chuyển động của chúng và ở nhiệt độ xác định chất khí chuyển qua trạng thái lỏng. Trạng thái lỏng:[r]

Chương 2.

Các trạng thái tập hợp vật chất Liên kết hóa học

I

Tương tác phân tử Liên kết Hiđro

II

II

III

Các trạng thái vật chất

I Liên kết hóa học

1 Một số đại lượng có liên quan đến liên kết

a. Độ âm điện nguyên tố( χ) b. Năng lượng liên kết:

Đó lượng cần thiết để phá vỡ mối liên kết tạo nguyên tử thể khí Năng lượng liên kết thường kí hiệu E tính kcalo cho mol liên thường kí hiệu E tính kcalo cho mol liên kết Năng lượng liên kết lớn liên kết

bền

c Độ dài liên kết

Đó khoảng cách hai nhân nguyên tử hình thành liên kết Độ dài liên kết thường kí hiệu ro tính

d Độ bội liên kết

Số liên kết hình thành hai nguyên tử cho trước gọi độ bội liên kết kí hiệu Đ Độ bội liên kết lớn liên kết bền, lượng liên kết lớn độ dài liên kết nhỏ

e Góc liên kết( góc hóa trị)

e Độ phân cực liên kết, momen lưỡng cực

Trong liên kết hai nguyên tử khác nhau, có chênh lệch độ âm điện, e liên kết bị lệch phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn, tạo

một điện tích âm (δ-), cịn nguyên tử mang địên tích (δ+) Khi người ta nói liên kết bị phân cực

cực

Độ phân cực liên kết đánh giá qua momen lưỡng cực µ, đơn vị tính D

Độ phân cực liên kết phụ thuộc vào điện tích cực độ dài liên kết

Sự chênh lệch độ âm điện hai nguyên tử lớn liên kết chúng phân cực

f Qui tắc bát tử

Tất khí trơ( trừ He) có e lớp ngịai Tất khí trơ( trừ He) có e lớp ngịai Chúng họat động hóa học ( không liên kết với

nhau không liên kết với nguyên tử khác để tạo thành phân tử Các khí trơ tồn tự nhiên dạng nguyên tử tự

Vì cấu trúc e lớp ngòai cấu trúc đặc biệt bền vững Do nguyên tử có xu hướng liên kết với để đạt cấu trúc e bền vững

2 Các dạng liên kết hóa học

a Liên kết ion

Là liên kết hai ion trái dấu lực hút tĩnh điện tạo thành

Trong liên kết ion, hóa trị nguyên tố số điện tích ion với dấu tương ứng Ví dụ: Na+ + Cl- NaCl

ứng Ví dụ: Na+ + Cl- NaCl

Liên kết ion liên kết bền , lượng liên kết lớn( ≈ 100kcal/mol)

Lực hút tĩnh điện ion không định hướng, ion dương có tác dụng hút nhiều ion âm xung quanh ngược lại Vì người ta nói liên kết ion khơng có định hướng Những hợp chất ion

b Liên kết cộng hóa trị

Theo Lewis, liên kết cộng hóa trị hình thành nguyên tử

nguyên tố ( ∆χ =0) hay nguyên tố có chênh lệch nhỏ

Thuyết Lewis

nguyên tố có chênh lệch nhỏ độ âm điện(∆χ nhỏ)

Trong liên kết cộng hóa trị, nguyên tử tham gia liên kết bỏ 1,2,3 hay e dùng chung để nguyên tử đạt 8e hay 2e lớp

Thuyết MO( lai hóa obitan nguyên tử)

Từ nghiên cứu phương pháp liên kết hóa trị Heitler, London, Pauling, Slater đề nghị sử

dụng thuyết MO để giải thích

 Liên kết cơng hóa trị hình thành ghép đơi hai electron độc thân có spin ngược chiều đơi hai electron độc thân có spin ngược chiều hai nghuyên tử, có xen phủ hai AO

Thuyết MO( lai hóa obitan nguyên tử)

Trạng thái e mô tả MO Mỗi MO

 Phân tử - tổ hợp thống gồm hạt nhân

các electron nguyên tử tương tác.

Sự định hướng liên kết Liên kết σ và liên kết π

Trạng thái e mô tả MO Mỗi MO được xác định gần phương pháp tổ hợp tuyến tính orbital nguyên tử MO = Ci AO

Năng lượng gần nhau.

Mức độ che phủ đáng kể.

Điều kiện AO tham gia tổ hợp tuyến tính

Mức độ che phủ đáng kể.

 Sự che phủ đám mây e dọc theo trục liên nhân → liên kết  ,nhận trục liên nhân làm trục đối xứng, là liên kết bền Liên kết  có thể hình thành sự xen phủ đám mây s-s, s-p, p-p

 Sự che phủ đám mây e hai phía trục liên

nhân → liên kết  có mặt phẳng đối xứng chứa trục nhân → liên kết  có mặt phẳng đối xứng chứa trục liên nhân, liên kết  kém bền liên kết  Liên kết

Trong thuyết MO, hóa trị nguyên tố số e độc thân nguyên tử trạng thái hay trạng thái

kích thích

C Hóa trị 2

C*

N

Lai hóa sp

Sự tổ hợp đám mây s với đám mây p tạo đám mây lai hướng theo hướng không

gian Trục đám mây tạo góc 180o Be

2s

Be*

Lai hóa sp2

Sự tổ hợp đám mây s với đám mây p tạo đám mây lai hướng theo hướng không gian Trục đám mây tạo góc 120o

B

Lai hóa sp3

C

Sự tổ hợp đám mây s với đám mây p tạo đám mây lai hướng theo đỉnh tứ diện Trục AO tạo góc 109o28’.

Có hai liên kết cộng hóa trị:

 Liên kết cộng hóa trị khơng phân cực Trong đó, cặp e liên kết phân bố hai nguyên tử Ví dụ: H2, O2,

N2, C –H

 Liên kết cộng hóa trị phân cực Trong cặp e liên kết bị lệch phía ngun tử có độ âm điện lớn

Ví dụ: HCl, HF, H2O, NH3 Ví dụ: HCl, HF, H2O, NH3

c Liên kết cho nhận

Liên kết cho nhận hay cịn gọi liên kết phối trí xem dạng đặc biệt liên kết cộng hóa trị Trong liên kết cặp e dùng chung nguyên tử đưa gọi chất cho, cịn ngun tử có obitan trống gọi chất nhận

Ví dụ: hình thành ion amoni từ phân tử NH3 H+

Ví dụ: hình thành ion amoni từ phân tử NH3 H+

H+ +

I. Tương tác phân tử ( Lực Van der Waals)

Lực tương tác phân tử đặc trưng giá trị lượng khác tùy thuộc vào mức độ có cực phân tử tương tác

Những phân tử phân cực tồn dạng lưỡng cực có momen khơng đổi định hướng bằng đầu tích điện ngược dấu Tương tác gọi tương tác định hướng Năng lượng

kT r

Eđh 6

4

3 2



 µ: momen lưỡng cực phân tửr: khoảng cách tâm

Khả phân cực phân tử dịch chuyển e tác dụng điện trường xác định

bằng độ phân cực α của chúng Năng lực tương tác cảm ứng xác định sau:

ứng xác định sau:

6

Mặc dù hai phân tử khơng cực có momen lưỡng cực bằng không, chuyển động e bên phân tử làm xuất tức thời momen lưỡng cực nhỏ

chúng tiến lại gần Phân tử với momen lưỡng cực nhỏ lại gây lưỡng cực cho phân tử cạnh

Năng lượng hấp dẫn phân tử E tổng dạng lượng trên: E hấp dẫn phân tử = Eđh + Ecu + Ekt

o kt hv r E 6 3  

ho/2 lượng dao động

của nguyên tử OoK với

tần số vo

II Liên kết Hiđro

Nhiệt độ sơi

H2O,HF, NH3 có

điểm sơi cao dự đốn cho thấy có

Nhiệt độ

đốn cho thấy có

một ngoại lực tương

tác, liên

kết Hiđro

Nếu liên kết Hirdo xuất nguyên tố O, N, F( nguyên tố có độ âm điện mạnh, cặp e bị hút lệch phía O, N, F Tiếp tục nguyên tử H lại bị hút O, N, F kế bên

Yδ- – H δ +… Y δ- – H δ+ … Yδ- – H δ +… Y δ- – H δ+ …

Liên kết Hdro có lượng cỡ – 40 kj/mol Liên

kết Hrđro bền nguyên tử phi kim liên kết

Ảnh hưởng liên kết Hiđro đến tính chất lí, hóa chất

 Làm tăng nhiệt độ sơi, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ hóa hơi….

 Làm giảm độ điện li axit  Gây biến đổi độ tan

Một chất tồn trạng thái khí, lỏng hay rắn điều kiện phụ thuộc vào động chuyển động nhiệt hạt tương tác tiểu phân

III Các trạng thái vật chất

1 Trạng thái khí:

động chuyển động nhiệt vượt xa tương tác phân tử Các phân tử khí chuyển động gần tự chiếm tịan thể tích bình đựng, chúng va chạm đàn hồi với với thành bình

Trạng thái chất khí đặc trưng yếu tố: nhiệt độ( T), áp suất( p) thể tích( V) Phương trình biểu diễn mối tương quan yếu tố gọi phương trình trạng thái khí lý tưởng

pV= nRT

Trong đó: n: số mol khí

p: áp suất chất khí thể tích V

R: số khí = 0.082atm/molđộ hay =

Khí lý tưởng khí thỏa mãn điều kiện:

 Kích thước khơng đáng kể so với thành bình

 Giữa phân tử khơng có lực tương tác mà có va chạm đàn hồi chúng, với thành bình

Khi làm nguội chất trạng thái khí hay nén chất khí thật mạnh Lực tương tác phân tử bắt đầu trội lượng chuyển động chúng nhiệt độ xác định chất khí chuyển qua trạng thái lỏng

2 Trạng thái lỏng:

Sự khác biệt động chuyển động nhiệt thế tương tác chúng không lớn Lực tương tác phân tử chất lỏng lớn các phân tử chất khí đủ để ngăn

không cho chúng dhuyển động hỗn loạn chưa đủ lớn để ngăn không cho chúng ngừng hẳn

Các tính chất chất lỏng: tính nhớt sức căng bề mặt

Tính nhớt: chất lỏng cản trở chuyển động

chúng

Nếu gọi F lực cần thiết để làm dịch chuyển lớp

chất lỏng so với lớp chất lỏng khác F tính theo cơng thức:

x v S F    

S: diện tích tiếp xúc lớp chất lỏng

Sức căng bề mặt ( σ): các phân tử nằm sâu bên

trong chất lỏng phân tử nằm bên bề mặt chất lỏng chịu lực hút không giống nhau.

 Phân tử sâu bao bọc phân tử khác từ phía lực tác dụng lên cân

nhau

 Các phân tử lớp mặt chịu lực tác dụng từ

 Các phân tử lớp mặt chịu lực tác dụng từ phân tử lớp có xu hướng bị hút vào Vì tồn bề mặt trạng thái căng

 Sức căng bề mặt đặc trưng công tiêu tốn để làm tăng diện tích bề mặt lên 1cm2

3 Trạng thái rắn

Chất rắn tinh thể

Đó chất tự kết tinh thành tinh thể có hình dạng xác định Bên tinh thể nguyên tử, phân tử, ion xếp theo trật tự xác

định Trật tự định hình dạng tính đối định Trật tự định hình dạng tính đối xứng tinh thể

Chất tinh thể có nhiệt độ nóng chảy xác định khơng đổi suốt q trình nóng chảy

Các kiểu mạng tinh thể

Dựa vào chất tiểu phân nút mạng lực liên kết chúng, người ta chia mạng tinh thể thành kiểu chính: mạng nguyên tử, mạng phân

Mạng nguyên tử:

 Mạng nguyên tử tạo thành từ liên kết với lực liên kết cộng hóa trị Quy luật phân bố nguyên tử mạng tinh thể định kiểu lai hóa orbital nguyên tử

 Số phối trí( số tiểu phân bao quanh gần ion trung tâm) nguyên tử số liên kết σ tạo

ion trung tâm) nguyên tử số liên kết σ tạo thành nguyên tử

Mạng phân tử

Mạng phân tử có tiểu phân cấu trúc phân tử( khí trơ nguyên tố), chúng hút liên kết yếu Vander Waals Do đó, chất có mạng phân tử dễ nóng chảy, dễ bay hơi, mềm dễ tan

Mạng ion

Mạng ion tạo thành từ ion ngược dấu luân phiên nằm nút mạng liên kết với lực hút tĩnh điện

Mạng ion có số phối trí cao( liên kết ion khơng bão hịa không định hướng), ion bao

quanh nhiều ion ngược dấu, nên toàn tinh thể ion phân tử khổng lồ bền vững có nhiệt độ sơi, nhiệt độ nóng chảy cao, độ cứng lớn, dễ tan điện ly mạnh nước

Mạng kim loại

Mạng kim loại đặc trưng ion dương nằm nút mạng liên kết chúng liên kết kim loại

Trong tinh thể kim loại Trong tinh thể kim loại nguyên tử có khuynh hướng xếp cho sát Mạng kim loại có số phối trí cao

Mạng kim loại có

Chất rắn vơ định hình

Là chất rắn khơng thể kết tinh thành tinh thể có hình dạng xác định Trong chất vơ định hình phân tử xếp hỗn độn Chúng khơng có nhiệt độ

nóng chảy định Khi bị đun nóng chúng mềm dần đến trạng thái chảy, sau biến thành chất lỏng hồn đến trạng thái chảy, sau biến thành chất lỏng hồn tồn Chất vơ định hình có tính đẳng hướng