Thuyếtliênkếthóatrị(còngọilàthuyếtcặpelectronliênkết)doHaile,Lơnđơn(Đức) đềxwngsnăm1927,sauđóđượcPolingvàSlâytơ(Mĩ)pháttriển.
3.1.SựhìnhthànhliênkếttrongphântửH2
ThuyếtVBđượcđềratrêncơsởnghiêncứusựhìnhthànhliênkếttrongphântửH2. MỗinguyêntửH cómộtelectronởtrạngtháicơ bản 1s.Khihai nguyên tửH tiếnlại gầnnhausẽcóhaikhảnăngxảyra.
- Nếuhaielectron cóspin cùngdấu, khi khoảngcách rgiảm, nănglượng củahệtăng liêntục,đólàtrạngtháikhôngbền,khôngtạoraliênkếthóahọc.
- Nếuhaielectroncó spinkhácdấunhau,nănglượng củahệgiảmdần,vàtại khoảng cáchr0=0,74AcógiátrịcựctiểutươngứngvớinănglượngES<2E0,khiđóhệởtrạngthái
bềnvững,trạngtháihìnhthànhliênkết(hình1).
Hình1
Nếu lưu ý rằng mỗi obitan s (đám mây s) có bán kính 0,53A thì khi tiếp xúc nhau khoảngcáchgiữahaihạtnhânphảilà1,06A. Trongkhiđókhoảngcáhckhihìnhthànhliên kếtchỉcòn0,74A.Điềuđó chứngtỏ khihìnhthànhliênkết, haiobitans đượcxenphủ vào nhaulàmtăng xácsuấtcó mặtelectron ởvùnggiữahaihạt nhân,mật độđiệntích âmtăng lêngâyrasựhúthaihạtnhânvàliênkếtchúngvớinhau.
Nhưvậylựcliênkếthóahọccũngcóbảnchấttĩnhđiện.
3.2.NhữngluậnđiểmcơbảncủathuyếtVB
Từ nghiên cứu của Haile và Lơnđơn về phân tử H2, Poling và Slâytơ đã phát triển thànhthuyếtliênkếthóatrị.
- Liên kếtcộng hóa trịđược hình thành dosự ghép đôihai electron độcthân cóspin ngượcdấucủahainguyêntửliênkết,khiđócósựxenphủhaiAO.
- Mứcđộxenphủ củacác AOcàng lớn thìliênkết càngbền, liên kếtđược thựchiện
theophươngtạiđósựxenphủlàlớnnhất.
20
Bài3:Liênkếthóahọcvàcấutạophântử
Như vậy, theo VB, khi hình thành phân tử, các nguyên tử vẫn giữ nguyên cấu t rúc
electron, liên kết được hình thành chỉ do sự tổ hợp (xen phủ) của các electron hóa trị
(electronđộcthân).
Trong thuyếtVB,hóa trịcủanguyêntốbằngsốeđộcthâncủanguyêntửởtrạngt hái
cơbảnhaytrạngtháikíchthích. Ví
d ụ:
C ↑↓ ↑ ↑ hóatrị2 C* ↑ ↑ ↑ ↑ hóatrị4
N ↑↓ ↑ ↑ ↑ hóatrị3
3.3.Sựđịnhhướngliênkết.Liênkếtσ(xíchma)vàliênkếtπ (pi)
Tùy theo cáchthứcxen phủ củacácđám mâyelectron, người taphân biệtliên kết
σ,
liênkếtπ...
- Liên kết hóa họctạo ra dosự xen phủcác đám mây electron trêntrục nối hai nh ân
củanguyêntửđượcgọilàliên kếtxíchma.Liênkếtσ cóthểhìnhthànhdosựxenphủc ác
đámmâys-s,s-phayp-p(hình2). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình2
Như vậy,khitạoraliênkếtσthìđạtđượcsựxenphủlớnnhất,vìvậyliênkếtxích ma
làliênkếtbền.Nếugiữahainguyêntửchỉcómộtliênkếtthìliênkếtđóluônluônlàliên kết
σ.
- Liên kếthóa họctạo rado sựxen phủcác đámmây electron ởhai bên củatrục nối
hainhân nguyêntử,được gọilà liênkếtpi.Liênkếtπ cóthểhình thànhdosự xenphủc ác
đámmâyp-p(hình2),p-d...
So với liên kếtπ thìliên kếtσ bềnhơn vìmức độxen phủ lớn hơn vàvùng xen p hủ
nằmtrêntrụcnốihainhânnguyêntử.
Bài3:Liênkếthóahọcvàcấutạophântử
Khigiữahainguyêntửcótừhailiênkếttrởlênthìchỉcómộtliênkếtσcònlạilàcác liênkếtπ.
Ví
dụ:TrongphântửH2có1liênkếtσdosựxenphủ2đámmâys. PhântửCl2cómộtliênkếtσdosựxenphủ2đámmâyp.
PhântửHClcómộtliênkếtσdosựxenphủđámmâyscủaHvàđámmâypxcủaCl. PhântửO2cómộtliênkếtσdosựxenphủmađámmâypx-pxvàmộtliênkếtπ dosự xenphủ2đámmâypy-pycủa2nguyêntửoxi.
Tươngtự,phântửN2cómộtliênkếtσvàhailiênkếtπ.
Trongcáctrườnghợptrênliênkếthìnhthànhdosựxenphủcácđámmâythuầnkhiết s-shayp-p.
3.4.SựlaihóacácAOtrongliênkết
Ta hãy xét sự hình thành phân tử CH4. Khi đi vào liên kết nguyên tử C ở trạng thái kíchthíchC*. C* 2s1 2p 3 + 4H 1s1 ↑ ↑ ↑ ↑ ↑
Nếukhihìnhthànhphân tửCH4nguyên tửCsửdụng4AO(1mâysvà3 mâyp)xen phủvới 4mâys của4nguyên tửH (mộtliên kếthìnhthànhdo sựxen phủs-svà3liên kết dosựxenphủp-s). Nhưvậylẽracácliênkếtphảikhácnhau,nhưngtrongthựctếchúnglại hoàntoàngiốngnhau.ĐiềunàyđượcPolinggiảithíchbằngsựlaihóacácAO.
Khi liênkếtcácnguyêntửcó thểkhôngsửdụngcác đámmâys,p...thuầnmà chúng cóthểtổhợpvớinhautạothànhnhữngobitan(mây)mớigiốngnhau(gọilàcácđámmâylai hóaL)vàsauđócácđámmâylainàysẽthamgialiênkết.Nhưvậy:
Laihóalàsựtổhợpcácđámmâykhácloạiđểtạoracácđámmâygiốngnhauvềhình
dạng,kíchthíchvànănglượngnhưngcóhướngkhácnhau.
Khicó nđámmâythamgia laihóasẽtạora nđámmâylai hóa.Đểcósựlaihóa các đámmâyphảicónănglượngkhácnhaukhônglớn.Vídụ:2s-2p;3s-3p-3d...
Dướiđâylàmộtsốkiểulaihóavànhữngđặcđiểmcủacácđámmâylai:
*Laihóasp
Sự tổ hợp một đám mây s với một đám mây p tạo ra 2 đám mây lai hướng theo 2 hướngtrongkhônggian.Trụccủa2đámmâynàytạoragóc180o.
22
Bài3:Liênkếthóahọcvàcấutạophântử
Hình3 *Laihóasp2
Sự tổhợp mộtđámmâysvới haiđámmâyptạora3đám mâylaihướngtheo3đỉ nh (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
củamộttamgiácđều.Trụccủa3đámmâynàytạoragóc120o.
Hình4 *Laihóasp3
Sự tổhợp mộtđámmây svới ba đámmâyptạo ra4đám mâylaihướng theo4đỉ nh
củamộttứdiệnđều.TrụccủacácAOnàytạoragóc109o28'.Vídụsựlaihóacủađámm ây
svới3đámmâyptrongnguyêntửCkhihìnhthànhphântửCH4.
3.5.Hìnhhọcphântửcủamộtsốhợpchất
ThuyếtVBchophéphìnhdungđượccấutrúckhônggiancủaphântử.Vídụ:CH4
Metan
23
Bài3:Liênkếthóahọcvàcấutạophântử
Hình6
Ccó laihóasp3.4obitanlaihóaxenphủvới 4AOscủaH tạo4liênkếtσ.Hìnhhọc phântửcódạngtứdiệnđều.Gócliênkết109o28'.
NH3
Amoniac
Hình7
Ncólai hóasp3.3 obitanlaihóaxenphủ với3AOscủaH tạo3liênkếtσ.Hìnhhọc phântửcódạngchóp.Gócliênkếtlà107o18'.
H2O
Nước
Ocólai hóasp3.2 obitanlaihóaxenphủ với2AOscủaH tạo2liênkếtσ.Hìnhhọc phântửcódạnggóc.Gócliênkếtlà104o30'.
3.6.Liênkếtπ khôngđịnhcư
Phân tử benzen có cấu trúc như thấyở hình 9. Cả 6 nguyên tửC đều có lai hóasp2. MỗiCtạo2liênkếtσvới2Cbêncạnhvà1liênkếtσvớiH.Cácobitanpthuầncònlại(có trụcvuônggócvớimặtphẳngcủacácliênkếtσ)xenphủvớinhautạiracácliênkếtπ.Như vậycácelectronđượcgiảitỏatrêncả6nguyêntửC.Ngườitagọicácliênkếtđólàcácliên kếtπkhôngđịnhcư.Mộtcáchtươngtựcũngthấyởcácphântửbutadien(hình10).Cácliên kếtπkhôngđịnhcưđượcmôtảbằngnhữngdấuchấmthaychocácgạch.
24
Bài3:Liênkếthóahọcvàcấutạophântử
C6H6 Benzen Hình9 C4H6 Butadien Hình10
Câuhỏivàbàitập:
1. Theoquitắcbáttử,hãybiểudiễnliênkếttrongcácphântửvàionsauđây:H2O; NH3;
2. Sự phânloạicácliênkếtdựavàođộđiệnâm.Chocácvídụvànêucácđiềukiện, quá
trìnhhìnhthànhcácliênkếtion,liênkếtcộng,liênkếtchonhận.
3. Điều kiệnhìnhthành liênkếthidro, so sánh nănglượng liênkếtion vàliên kết cộng.
Nêu mộtvài vídụ chothấy ảnhhưởng củaliênkết hidrođến tínhchấtvật lýcủa c ác (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
chất.
4. Hãynêunhữngluậnđiểmcơbảncủathuyếtliênkếthóatrị(VB).
5. Cho vídụ, đặc điểmcủaliên kếtπ và liênkết σ. Sosánh vàgiải thíchvềđộ bền của
hailiênkếtnày.
6. Lai hóa là gì? Đặc điểm các đám mây lai hóa sp; sp2; sp3. Cho các ví dụ về nhữ ng
nguyêntửcósựlaihóanày.
7. Hìnhhọcphântửvàsơđồxenphủcácđámmâyelectrontrongcácphântử: H2; O2; N2; HCl; CO2
CH4; NH3; H2O
Trongcácphântử(ởcâub)C;N;O;Scókiểulaihóagì? 25
Bài3:Liênkếthóahọcvàcấutạophântử
8. Hìnhhọcphântửcủacácphântửbutadien,benzen. Chobiếtcáchbiểudiễnchúngbằngcôngthức:
26
Bài4:Độnghóahọc
BÀI 4: ĐỘNG HÓA HỌC
Độnghóahọcnghiêncứuvềtốcđộcủacácphảnứnghóahọcvàcácyếutốảnhhưở ng
đến tốcđộnhư:nồngđộ chấtphảnứng, nhiệtđộ, cácchấtxúc tác. Trêncơ sở đócho ph ép
tìmhiểuvềcơchếcủacácphảnứng.
1.Mộtsốkháiniệm
1.1.Tốcđộphảnứng
Nếutacóphảnứnghóahọc:
tốcđộtrungbìnhcủaphảnứngđượcxácđịnhbằngbiếnthiênnồngđộcủachấtthamgiah ay
chấtsảnphẩmcủaphảnứngtrongmộtđơnvịthờigian.
v = [B]2 −[B]1 t2 −t1 = ∆[B] ∆t =−∆[A] ∆t 1.2.Phảnứngđơngiảnvàphảnứngphứctạp
*Phảnứngđơngiản:làphảnứngchỉdiễnratrongmộtgiaiđoạn(mộttươngtác). Vídụ: CH3-N=N-CH3 →CH3-CH3+N2 (1)
H2+I2 →2HI (2) 2NO+O2 →2NO2 (3) Mỗiphảnứngtrênđượcgọilàmộtphảnứngcơsở.
* Phảnứng phứctạp: là phản ứng bao gồmnhiều phản ứngcơ sở nhưcác phản ứ ng
thuậnvànghịch,phảnứngnốitiếp...
Đểxácđịnhcơ chếcủamột phảnứngcầnphảibiếttoànbộcácphản ứngcơ sở tro ng
mộtphảnứngphứctạp.
2.Ảnhhưởngcủanồngđộđếntốcđộphảnứng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.1.Địnhluậttácdụngkhốilượng
Xuấtpháttừquanđiểmchorằngmuốncóphảnứngxảyrathìcácphântửhaynguy ên
tửphảnứngphảivachạmvàonhau,vìvậynếusốvachạmcànglớnthìtốcđộphảnứngc àng
lớnmàsốvachạmlạiphụthuộcvàonồngđộ.
Vàonhững năm 1864 -1867, Guynbec và Oagơ(Na Uy) đã nêu ra mộtđịnh luật có
nộidungnhưsau:
"Ởmột nhiệtđộkhông đổi,tốcđộphảnứngtỉ lệthuậnvớitíchsốnồngđộcác chất thamgiaphảnứngvớinhữnglũythừaxácđịnh".
Nếucóphảnứng: aA+bB→pP 27 Bài4:Độnghóahọc thìtheođịnhluậttacó: v=k[A]m[B]n (1)
Cáclũythừam,nđượcxácđịnhbằngconđườngthựcnghiệm.Trongtrườnghợpphản ứngđơngiản,nótrùngvớihệsốcủaAvàBtrongphươngtrìnhphảnứng.
Ví dụ:
Đốivớicácphảnứng(1),(2),(3)ởtrên,tacó: v=k1[C2H6N2]
v=k2[H2][I2] v=k3[NO]2[O2]
Trongphươngtrìnhcủađịnhluậttácdụngkhốilượng(phươngtrình1): [A],[B]:nồngđộchấtAvàBtínhbằngmol/l.
k:hằngsốtốcđộphảnứng.Nếu[A]=1,[B]=1,khiđóv=k.
Nhưvậykchínhlàtốcđộcủaphảnứngkhinồngđộcácchấtphảnứnglà1đơnvị.Vì vậykcònđượcgọilàtốcđộriêngcủaphảnứng.
Giátrịcủakkhôngphụthuộcvàonồngđộ,chỉphụthuộcvàonhiệtđộvàbảnchấtcủa cácchấtphảnứng.
2.2.Bậcvàphântửsốcủaphảnứng
Trongđộnghóahọc,cácphảnứngđượcphânloạitheobậcvàphântửsố. *Bậcphảnứng:
Bậc phản ứng là tổng các số mũ của nồng độ viết trong biểu thức của định luật tác dụngkhốilượng,tứclàbằngm+n.
Ví
dụ:Cácphảnứng(1),(2),(3)tươngứnglàcácphảnứngbậc1,2,3.
Bậcphảnứngcóthể làsốnguyên nhưngcũngcó thểlàphânsố(thườngđốivới phản ứngphứctạp).
*Phântửsốcủaphảnứng:
Sự phân loại phản ứng theo phân tử số liên quan trựctiếp với cơ chế thực của phản ứng.Phân tửsố là số tiểuphân (phântử, nguyên tử hay ion)đồng thời tương tácvới nhau trongmộtphảnứngđơngiản.Vìvậyphântửsốchỉcóthểlàsốnguyên.
Ví
dụ:Trongphảnứng:
CH3-N=N-CH3 →CH3-CH3+N2
thamgia vàotươngtácchỉ cómộtphântử.Vìvậyphảnứngcó phântửsốlàmộthayphản ứngđơnphântử.
Trongphản ứng:H2+I2 =2HIđể tạothànhsảnphẩmhaiphântửH2 vàI2phảiđồng thờithamgiavàomộttươngtác,vìvậyphảnứngcóphântửsốbằnghaihayphảnứnglưỡng phân tử. Những phản ứng có phân tử số bằng 3 hay cao hơn thường ít gặp vì xác suất để đồngthời3phântửphảnứngvớinhaurấtnhỏ.
Lưuý:Trongnhữngphảnứngđơngiảnthìbậcphảnứngthườngtrùngvớiphântửsố. 28 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.Ảnhhưởngcủanhiệtđộđếntốcđộphảnứng
Nghiên cứuảnh hưởngcủa nhiệtđộ đếntốc độphản ứngcho phéptìm hiểubản c hất
củanhữngtươngtáchóahọcđồngthờitìmđượcchếđộnhiệttốiưuchophảnứnghóahọc .
Nhiệtđộđãảnhhưởngđếntốcđộphảnứngtheonhữngcáchkhácnhau.
Hình1a,b
Dạngđườngcong(1a)làphổbiếnđốivớiphảnứnghóahọc.
Dạng đường cong (1b) thường gặp ởnhững phảnứng có liên quan đến các hợp c hất
sinhhọcnhưcácproteinenzym.Vớicácprotein,ởtrạngtháitựnhiên,tốcđộtăngtheonh iệt
độ.Nhưngkhiđạtđếnmộtnhiệtđộnàođóchúngbịbiếntính,mấthiệuquảxúctácvàdo đó
tốcđộphảnứnggiảm.
Nhưng nóichung tốcđộ củađa số phảnứnghóa họctăng lênkhi tăngnhiệt độ. Ả nh
hưởngnàytuântheomộtsốquitắcsauđây.
3.1.QuitắcVanHốp
"Khi nhiệtđộ củaphảnứng tănglên 10othìhằng sốtốc độphảnứng (cũng làtốc độphảnứng)tănglêntừ2đến4lần". γ = k T + 10 kT =2-4 (2) kT+10 :hằngsốtốcđộởnhiệtđộT+10o kT :hằngsốtốcđộởnhiệtđộT
γ :đượcgọilàhệsốnhiệtđộcủaphảnứng
Trongtrườnghợp tổngquát,biểuthứccủađịnhluậtVanHốpcódạng:
γn
=
k
T + n . 10
Ví
d ụ:Mộtphảnứngcóhệsốnhiệtđộγ =3.Hỏităngnhiệtđộlên40othìtốcđộph ản
ứngtănglênbaonhiêulần.
Giải:TheoquitắcVanHốp,tacó:
k T + 4 . 10 kT =34=81 29 Bài4:Độnghóahọc 3.2.BiểuthứcArêniux
Ảnhhưởngcủanhiệtđộđếntốcđộphảnứngđượcbiểuthịmộtcáchchínhxáchơnvà