1. i u ki n ra đ i c a thuy t lai hóa
Thuy t lai hoá ra đ i nh m gi i quy t đ c hai khó kh n c a ph ng pháp c p electron liên k t. Cho phép gi i thích đ c c u trúc hình h c và đ b n c a liên k t
VD Xét s hình thành CH4 C(Z=6) 1s22s22p2
tr ng thái kích thích C*
theo ph ng pháp c p e liên k t thì 4e đ c thân c a C* s t o thành 4 liên k t C-H, trong đó có:
- 3 liên k t p-s: 3AO 2p c a C xen ph v i 3 AO 1s c a 3 nguyên t H åt o 3 góc liên k t HCH =900.
- 1 liên k t C-H th 4 t o thành do s xen ph các AO hóa tr c a 2s c a C và 1s c a H (s-s) không có h ng xác đ nh trong không gian (vì m c đ xen ph các AO s v i nhau là nh nhau theo m i h ng). N u coi liên k t này ph i cách đ u 3 liên k t kia thì góc liên k t HCH th t ph i b ng 125014’.. K t qu này còn d n đ n đ b n c a 1 liên k t C-H ( do xen ph s-s) này khác v i đ b n c a 3 liên k t C-H còn l i (do xen ph p-s). (ph ng pháp c p e không gi i thích đ c s khác nhau này)
- Tuy nhiên th c nghi m ch ng t r ng 4 góc liên k t HCH đ u b ng 109028’ (b ng góc t di n đ u) và đ b n c a 4 liên k t C-H đ u b ng nhau.
- Gi i đ gi i quy t 2 khó kh n này c a ph ng pháp c p e liên k t-> ph i dùng thuy t lai hóa: gi thi t r ng khi t o liên k t thì 1 AO 2s và 3AO 2p c a C lai hóa (tr n l n) v i nhau t o thành 4AO lai hóa sp3 gi ng h t nhau h ng t i 4 đnh c a hình t di n đ u, đó chúng xen ph v i 4AO 1s c a 4 nguyên t H. V y 4 liên k t C-H f i gi ng nhau và còn ph i b ng góc c a hình t di n đ u mà nguyên t C n m tâm c a hình này.
C u hình phân t CH4 theo thuy t lai hóa
2. N i dung thuy t lai hóa:
Lai hóa AO là s t h p các AO hóa tr c a 1 nguyên t đ t o thành 1 s t ng đ ng các AO m i có cùng n ng l ng đnh h ng xác đnh trong không gian và đ c dùng đ t o liên k t b n h n. Các AO tham gia t h p có th có 1e, 2e ho c là 1 ô l ng t tr ng. 3. Các ki u lai hóa
1AOs + 1AOp → 2AO lai hoá sp. 2AO lai hoá này đnh h ng th ng hàng v i nhau và t o v i nhau m t góc b ng 180o
Ví d : D ng lai hoá này g p trong nguyên t Be c a phân t BeF2, BeH2, BeCl2, nên các phân t này có d ng th ng.
b. Lai hoá ki u sp2:
1AOs + 2AOp → 3AO lai hoá sp2. 3AO lai hoá này n m trong cùng m t m t ph ng và t o v i nhau góc b ng 120o
→
Ví d : Ki u lai hoá này g p trong nguyên t B c a phân t BF3, BCl3 c. Lai hoá ki u sp3:
1AOs + 3AOp → 4 AO lai hoá sp3. 4 AO lai hoá này đnh h ng t tâm t i 4 đnh c a t di n đ u, góc t o thành gi a các AO lai hoá là 109o28’.
Ví d : G p trong nguyên t O c a phân t H2O, nguyên t N c a phân t NH3 và ion NH4+
4. i u ki n lai hoá b n:
Lai hoá c a nguyên t là b n khi th o mãn các đi u ki n sau đây:
p p + + + - - + - 120o + + + - + -
? Các AO nguyên t tham gia lai hoá ph i có n ng l ng x p x nhau. Nh v y, trong m t chu k đi t đ u đ n cu i chu k thì hi u các m c n ng l ng Enp- Ens l n d n lên. Do đó đi t đ u đ n cu i chu k hi u qu lai hoá kém d n.
Ví d : chu k II hi u qu lai hoá c a các AO(2s) và AO(2p) đ i v i các nguyên t đ u chu k nh Be, B, C r t t t. i v i nguyên t Be có lai hoá sp và góc gi a các AO lai là 180o, đ i v i B có lai hoá sp2 và góc gi a các AO lai là 120o, đ i v i C có lai hoá sp3 và góc gi a các AO lai là 109o28’
? N ng l ng c a các AO tham gia lai hoá ph i th p. Do đó các AO l p th hai (2s, 2p) tham gia lai hoá có hi u qu h n, còn các AO l p th ba (3s, 3p) hi u qu lai hoá kém h n, l p th t (4s, 4p) lai hoá không đáng k .
Ví d : trong dãy H2O - H2S- H2Se- H2Te hi u qu lai hoá gi m d n nên góc liên k t gi m d n theo dãy 104o5’ - 92o2’- 91o - 90o
? xen ph c a các AO lai hoá v i các AO nguyên t khác tham gia liên k t ph i l n.
5. D đoán ki u lai hoá và c u trúc hình h c
ch n ki u lai hoá cho nguyên t trung tâm d a vào n là t ng s liên k t σ c a nguyên t trung tâm v i s c p e hóa tr không phân chia.
N u t ng đó b ng 2 thì nguyên t trung tâm có lai hoá d ng sp N u t ng đó b ng 3 thì nguyên t trung tâm có lai hoá d ng sp2 N u t ng đó b ng 4 thì nguyên t trung tâm có lai hoá sp3
-Khi đã bi t đ c ki u lai hóa c a nguyên t trung tâm trong phân t -> ch a xác đnh đ c c u hình hình h c c a phân t . Vì c u hình hình h c c a phân t ph thu c vào:
+ D ng lai hóa c a c a nguyên t trung tâm.
+ S liên k t σ c a nguyên t trung tâm v i các nguyên t xung quanh. +S c p e hóa tr c a nguyên t trung tâm ch a liên k t.
ö Mu n bi t c u hình hình h c c a 1 phân t => ph i bi t 3 y u t trên. C th :
n=2: -> lai hóa sp: c u trúc th ng -> góc 1800
n=3: -> lai hóa sp2: n u có 3 liên k t σ + 0 c p e hóa tr ch a liên k t å tam giác
n u có 2 liên k t σ + 1 c p e hóa tr ch a liên k t -> c u trúc góc.
n=4: -> lai hóa sp3: n u có 4 liên k t σ + 0 c p e hóa tr ch a liên k t å t di n
n u có 3 liên k t σ + 1 c p e hóa tr ch a liên k t -> tháp tam giác.
n u có 2 liên k t σ + 2 c p e hóa tr ch a liên k t -> c u trúc góc.
Ví d :
BeH2 ; Nguyên t trung tâm Be (Z=4)
n= s liên k t σ + s c p e hóa tr ch a liên k t
=2 +0 =2 => Be có lai hóa sp => phân t có d ng đ ng th ng. T ng t ta có:
CH4 - C có lai hoá sp3- c u trúc hình h c là t di n đ u NH3 - N có lai hoá sp3 - c u trúc hình h c là tháp tam giác H2O - O có d ng lai hoá sp3 - c u trúc d ng góc
6. ánh giá u khuy t đi m c a ph ng pháp liên k t hóa tr :
- Gi i thích đ n gi n, d hi u, cho phép gi i thích c u trúc hình h c c a nhi u phân t
- Không gi i thích đ c s t n t i c a m t s ion nh : H2+, O2+, NO+, không gi i thích đ c tính thu n t , ngh ch t c a phân t O2
- Không có tính đnh đ (không ch ng minh đ c)