2.4.1 Đặt vấn đề
Xét phân tử CH4:
C (Z=6): cấu hình electron ở trạng thái kích thích: 2s12p3; H (Z=1): 1s1.
Trong phân tử CH4 có 4 liên kết σ, đó là: 1 liên kết σ có dạng xen phủ obitan s-s; 3 liên kết σ xen phủ s-px; σ s-py; σ s-pz. Như vậy, trong phân tử CH4 phải có 2 loại liên kết khác nhau là : 1 liên kết s-s và 3 liên kết s-p. Tuy nhiên thực tế: 4 liên kết lại giống nhau về độ dài liên kết, năng lượng liên kết. Điều đó chứng tỏ trước khi tạo thành liên kết, 4 AO của nguyên tử C đã có sự lai hố tạo thành 4 AO lai hoá giống nhau.
2.4.2 Nội dung thuyết lai hố
+ Sự lai hóa giữa các obitan nguyên tử của một nguyên tử là sự tổ hợp tuyến tính n obitan ngun tử có mức năng lượng gần bằng nhau, thích hợp để được n obitan lai hóa, thuận lợi hơn cho việc hình thành liên kết.
+ Trạng thái lai hóa là trạng thái suy biến. Các AO lai hố nói chung có hình dạng, kích thước, năng lượng như nhau, chúng chỉ khác nhau cách định hướng trong không gian.
+ Các AO lai hóa có tính định hướng mạnh. Chúng kéo dài về một hướng nhiều hơn so với obitan nguyên tử thuần khiết nên tạo ra được liên kết bền vững hơn.
+ Trạng thái lai hóa của một nguyên tử được coi là trạng thái kích thích của nó. Muốn chuyển từ trạng thái cơ bản sang trạng thái lai hóa cần phải tiêu tốn năng lượng - năng lượng kích thích. Năng lượng này được bù trừ bởi năng lượng thốt ra khi liên kết được hình thành.
2.4.3 Một số dạng lai hố
a. Lai hóa sp
Là sự tổ hợp của 1 orbitan s với 1 orbitan p tạo thành 2 orbitan lai hóa sp ( ) định hướng với nhau một góc 1800.
z
spa spb
1800
Dùng để giải thích được cấu trúc của các phân tử sau đây: CdX2, BeX2, ZnX2, HgX2 với X là halogen và C2H2....
Ví dụ: Giải thích cấu trúc phân tử BeCl2
35 Be (Z=4) : 1s22s2
1 orbitan s + 1 orbitan p tạo thành 2 orbitan lai hóa sp. Mỗi
orbitan lai hóa mang 1e độc thân.
Cl (Z = 17) : [Ne]3s23p5
Hai orbitan lai hóa sp, mỗi orbitan mang 1electron độc thân che phủ với 2 orbitan p của 2 nguyên tử Clo ( Mỗi orbitan p mang một electron độc thân) tạo thành hai liên kết: Be-Cl
Be
Cl Cl
Cl Be Cl
Phân tử BeCl2 có cấu trúc thẳng, góc liên kết bằng 1800
b. Lai hóa sp2
Là sự tổ hợp 1 orbitan s tổ hợp với 2 orbitan p tạo thành 3 orbitan lai hóa sp2 định hướng với nhau một góc 1200
x
y
z
1200
Dùng để giải thích được cấu trúc của phân tử: BX3 với X là các Halogen và C2H4...
Ví dụ: Giải thích cấu trúc phân tử BCl3
B(Z=5): 1s22s22p1
Dùng 1 orbitan s tổ hợp với 2 orbitan p tạo thành 3 orbitan lai hóa sp2. Mỗi orbitan mang một electron độc thân
sẽ che phủ với 3 orbitan p của 3 nguyên tử Cl tạo thành 3 liên kết B-Cl
c. Lai hóa sp3
Là sự tổ hợp 1 orbitan s tổ hợp với 3 orbitan p tạo thành 4 orbitan lai hóa sp3 định hướng với nhau từ tâm đến 4 đỉnh của tứ diện đều.
2s 2p Be* 2s 2p B* B Cl Cl Cl B Cl Cl Cl 2Px 2Py 2Pz 2S sp3 lai hoa
36
Dùng để giải thích được cấu trúc của các hợp chất MX4 với X là các halogen, M là các nguyên tố như C, Si. Ví dụ: CH4, SiCl4
Ví dụ: Giải thích cấu trúc phân tử CH4 theo thuyết lai hóa
C (Z = 6) 1s22s22p2
1 orbitan s tổ hợp với 3 orbitan p tạo thành 4 orbitan lai hóa sp3. H (Z= 1) 1s1
Mỗi orbitan lai hóa sp3 mang 1 electron độc thân sẽ che phủ với orbitan 1s của nguyên tử H tạo thành 4 liên kết C-H. Phân tử CH4 có cấu trúc tứ diện đều, góc liên kết là: 109028’