Chương 7 Cấu trúc của các tiểu phân cộng hóa trị
7.4 Cấu trúc của tiểu phân theo sự lai hóa
1. Theo Pauling–Slater, các nguyên tử sẽ tổ hợp tuyến tính các vân đạo hóa trị khi liên kết để gia tăng mức độ xen phủ hiệu quả.
2. Sự tổ hợp này được gọi là sự lai hóa.
3. Các vân đạo được hình thành do sự tổ hợp tuyến tính này được gọi là vân đạo lai hóa.
4. Các vân đạo lai hóa sẽ có hình dạng và định hướng trong không gian khác với các vân đạo thuần túy.
5. Tiểu phân được hình thành do sự liên kết giữa nguyên tử trung tâm với các nguyên tử khác bằng các vân đạo lai hóa sẽ có cấu trúc phụ thuộc vào sự định hướng trong không gian của các vân đạo lai hóa này.
6. Mối tương quan giữa sự lai hóa với mô hình VSEPR được trình bày trong Bảng 7.3.
Bảng 7.3 Mối tương quan giữa sự lai hóa với mô hình VSEPR
Mô hình VSEPR Thuyết lai hóa
Toồng soỏ
đôi điện tử Cách sắp xếp Vân đạo lai hóa tương ứng
2 Thẳng hàng sp
3 Tam giác sp2
4 Tứ diện sp3
4 Vuoâng phaúng dsp2
5 Lưỡng tháp tam giác dsp3, sp3d
6 Bát diện d2sp3, sp3d2
7 Lưỡng tháp ngũ giác fd2sp3
7. Sự biến đổi góc liên kết lúc này được giải thích là do sự định hướng của các vân đạo lai hóa phụ thuộc vào phần đóng góp khác nhau của các vân đạo nguyên thủy.
Bảng 7.4 Góc liên kết của các hợp chất của hydro với các nguyên tố phân nhóm 5A và 6A
Chất Góc liên kết Chất Góc liên kết
NH3 106047’ H2O 104027’
PH3 93030’ H2S 92016’
AsH3 92000’ H2Se 91000’
SbH3 91030’ H2Te 90030’
8. Sự giảm góc liên kết trong hai dãy các hợp chất trên được giải thích là do phần đóng góp của vân đạo s ngày càng giảm nên vân đạo lai hóa ngày càng có tính p cao hơn.
9. Để giải thích thêm cấu trúc của các tiểu phân mà nguyên tử trung tâm liên kết với các nguyên tử của các nguyên tố khác nhau, như với CH2F2, có thể sử dụng quy tắc Bent:
a. Các nguyên tố có độ âm điện nhỏ ưu tiên liên kết bằng các vân đạo lai hóa có sự đóng góp của vân đạo s lớn nên hệ quả là góc liên kết lớn.
Nguyên tố có độ âm điện nhỏ → Góc liên kết lớn
b. Các nguyên tố có độ âm điện lớn ưu tiên liên kết bằng các vân đạo lai hóa có sự đóng góp của vân đạo s nhỏ nên hệ quả là góc liên kết nhỏ.
Nguyên tố có độ âm điện lớn → Góc liên kết nhỏ Ví dụ: Xét phân tử CH2F2:
• H có độ âm điện nhỏ nên ∠H–C–H > góc tứ diện 109,50
• F có độ âm điện nhỏ nên ∠F–C–F < góc tứ diện 109,50
10. Quy tắc Bent được sử dụng tương tự như quy tắc đẩy của các đôi điện tử nhưng ở một phạm vi hạn hẹp hơn.
7.4.2 Cách viết công thức cấu trúc theo thuyết lai hóa 1. Xác định số oxi hóa của nguyên tử trung tâm.
2. Xác định số điện tử hóa trị còn lại trên nguyên tử trung tâm.
Số điện tử còn lại = Số điện tử hóa trị – ⎢Số oxi hóa của NTTT⎢
3. Xác định số đôi điện tử trên nguyên tử trung tâm:
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝ +⎛
= côngthứchợpchất
trong tử phoái Soá 2
NTTT treân lại còn e n Soá -
Bảng 7.5 Mối liên hệ giữa n và trạng thái lai hóa
n Trạng thái lai hóa n Trạng thái lai hóa
2 sp 5 dsp3 , sp3d
3 sp2 6 d2sp3 , sp3d2
4 sp3 7 fd2sp3
4. Vẽ công thức cấu trúc chỉ có các liên kết σ rồi thêm các đôi điện tử tự do của nguyên tử trung taâm.
5. Khi số oxi hóa của nguyên tử trung tâm > số liên kết σ thì tiểu phân sẽ có số liên kết π được xác định như sau:
Số liên kết π = Số oxi hóa của NTTT – Số liên kết σ
6. Nếu các nguyên tử chưa đạt bát bộ thì chuyển các đôi điện tử tự do thành các liên kết phoỏi trớ duứng chung.
6. Hướng ưu thế là chuyển đôi điện tử của nguyên tố có độ âm điện thấp hơn về nguyên tố có độ âm điện cao hơn.
7. Cách viết này:
a. Không được sử dụng khi có liên kết π cho ngược từ ligand vào nguyên tử trung tâm.
b. Không được sử dụng đối với các phức chất có liên kết phối trí với điện tử được cho từ ligand vào nguyên tử trung tâm.
Ví dụ: Viết công thức cấu trúc theo thuyết lai hóa của các phân tử sau:
PCl3, PCl5, POCl3 và SO2Cl2
Chaát: PCl3 PCl5 POCl3 SO2Cl2
1. Số điện tử hóa trị 5 5 5 6
2. Số oxi hóa của NTTTT 3 5 5 6
3. Số điện tử còn lại (1 – 2) 2 0 0 0
4. Số đôi điện tử n trên NTTT (3/2 + L) 4 5 4 4
5. Trạng thái lai hóa sp3 sp3d sp3 sp3
6. Soá lieân keát σ 4 5 4 4
7. Soá lieân keát π 0 0 1 2
PCl3 PCl5 POCl3 SO2Cl2