C. Al D Cu
HYDRO VÀ ỨNG DỤNG
DỤNG
TRẦN VĂN HIỀN
Đại cương:
Liên kết hidro là một loại liên kết rất yếu
được hình thành bởi lực hút tĩnh điện giữa hidro (đã liên kết trong một phân tử) với một nguyên tử có độ âm điện lớn , có kích thước bé ( N, O, F…) ở một phân tử khác hoặc cùng một phân tử.
Liên kết hidro được biểu diễn bằng dấu ba chấm (…). Liên kết hidro có thể hình thành giữa các phân tử hoặc cùng nội bộ một phân tử. Năng lượng của liên kết hidro bé (20-25 kJ/mol) nhưng ảnh hưởng rất lớn tới độ tan cũng như nhiệt độ sôi, tính acid của các hợp chất hữu cơ.
Mô hình chung của liên kết hidro: X δ-← Hδ+∙∙∙Yδ-
(1) (2)
(1): Liên kết cộng hóa trị phân cực (2): Liên kết hidro
Điều kiện: X là những nguyên tố có độ âm điện lớn ( N, F, O…), Y còn cặp electron chưa
chia.
Liên kết X-H càng phân cực thì liên kết hidro càng bền vững.
Có 2 loại liên kết hidro:
1.Liên kết hidro nội phân tử: Là liên kết hidro được hình thành giữa hai nhóm nguyên tử trong cùng một phân tử, dẫn tới vòng khép kín(phức càng cua, phức chelat).
Ví dụ:
2. Liên kết hidro liên phân tử( ngoại phân tử): Là liên kết hidro được hình thành giữa các phân tử riêng rẽ (giống nhau hoặc khác nhau).
Ví dụ:
(1) : Liên kết hidro nội phân tử.
(2) , (3) và (4): Liên kết hidro liên phân tử.
Hệ quả của liên kết hidro:
+ Liên kết hidro làm tăng mạnh nhiệt độ
sôi và nhiệt độ nóng chảy so với chất có phân tử khối tương đương mà không có liên kết hidro hoặc có liên kết hidro nội phân tử.
Ví dụ: CH3-CH2-OH có nhiệt độ sôi cao hơn CH3-O-CH3 do etanol tạo được liên kết hidro ngoại phân tử.
+ Sự hình thành liên kết hidro giữa chất tan và dung môi làm tăng mạnh độ tan trong dung môi đó. Nhóm chức có khả năng tạo liên kết hidro với dung môi thì độ tan càng lớn và ngược lại gốc hidrocacbon càng lớn độ tan càng nhỏ. Ví dụ:Độ tan của C2H5OH ở 250C là vô hạn thì của C4H7OH chỉ là 7,4g/100 ml nước. Độ tan của C4H7OH thấp hơn do ảnh hưởng bởi gốc hidrocacbon.
Ứng dụng liên kết hidro trong so sánh nhiệt độ sôi:
Nhiệt độ sôi của một chất là nhiệt độ mà tại đó áp suất hơi của chất lỏng bằng áp suất khí quyển trên bề mặt chất lỏng. Nhiệt độ sôi phụ thuộc vào các yếu tố (xét ở phổ thông) :
1) Khối lượng phân tử chất khí: Khối lượng phân tử càng lớn càng khó bay hơi, nhiệt độ
sôi càng cao.
2) Liên kết hidro giữa các phân tử: Liên kết hidro càng bền thì nhiệt độ sôi càng cao. 3) Diện tích bề mặt: Phân tử có cấu tạo càng phân nhánh thì diện tích bề mặt càng giảm dẫn đến nhiệt độ sôi càng giảm.
Một sốđiểm cần lưu ý khi so sánh nhiệt độ sôi:
• Những hợp chất không có liên kết hidro như: Hidrocacbon, dẫn xuất halogen, xeton,…thì nhiệt độ sôi tăng theo khối lượng phân tử.
• Hợp chất hữu cơ có liên kết ion như muối amoni, muối của amin với acid,…tan tốt hơn nhiều so với hợp chất không có liên kết ion.
• Trong cùng một dãy chất thì chất nào có cấu tạo càng phân nhánh thì có nhiệt độ sôi càng thấp.
• Tât cả đều có liên kết hidro như: ancol, acid, phenol,…thì nhiệt độ sôi tăng theo độ
bền liên kết hidro (tỉ lệ với khối lượng phân tử): Độ bền liên kết hidro tăng theo dãy: R-OH < C6H5-OH < R-COOH.
• Những hợp chất có liên kết hidro nội phân tử có nhiệt độ sôi thấp hơn chất có liên kết hidro ngoại phân tử.
• Đồng phân cis có nhiệt độ sôi cao hơn
đồng phan trans.
BÀI TẬP CỦNG CỐ, ÁP DỤNG: Bài 1: So sánh nhiệt độ sôi của : Bài 1: So sánh nhiệt độ sôi của : a) Pentan, hecxan, heptan,octan.
b) CH3CH2CH2-COOH (1) và CH3CH(CH2)-COOH (2).
c) 3 đồng phân benzendiol C6H4(OH)2 d) C2H6, CH3NH2 và CH3OH.
e) butan-1-ol, pentan-1-ol, hexan-1-ol.
Hướng dẫn:
a) Vì các chất này không có liên kết hidro nên nhiệt độ sôi tăng theo khối lượng phân tử. Vậy nhiệt độ sôi tăng dần từ pentan tới octan. b) Cả hai chất có cùng công thức phân tử và
đều có liên kết hidro nên ta xét tới độ phân nhánh. Chất (2) có sự phân nhánh, diện tích bề mặt giảm nên nhiệt độ sôi giảm theo. Vậy chất (2) có nhiệt độ sôi thấp hơn chất (1). c) Các đồng phân có cùng công thức phân tử và đều có liên kết hidro nên ta xét nhiệt độ
sôi dựa vào độ bền liên kết hidro. Ta có thứ tự
nhiệt độ sôi: Đồng phân ortho- < meta- < para
Đồng phân ortho- có liên kết hidro nội phân tử nên có nhiệt độ sôi nhỏ nhất.
Đồng phân meta- và para- chỉ có liên kết hidro liên phân tử , nhưng liên kết của đồng phân para- đòng đều hơn meta- nên có nhiệt
độ sôi cao hơn.
d). Nhiệt độ sôi tăng theo thứ tự: C2H6 < CH3NH2 < CH3OH.
C2H6 không có liên kết hidro nên nhiệt độ sôi thấp nhất. Metylamin và methanol đều có liên
kết hidro, tuy nhiên độ âm điện của O lớn hơn N nên liên kết hidro ở methanol bền hơn nhiều nên có nhiệt độ sôi cao nhất.
e) Nhiệt độ sôi tăng dần từ butan-1-ol tới hexan-1-ol do khối lượng phân tử tăng (Đều có liên kết hidro).
Bài 2: So sánh độ tan trong nước các chất trong mỗi dãy sau:
a) C3H8 (1); CH3NH2 (2); CH3COOH (3) b) CH3NH3NO3 (1), C2H4Cl (2), CH3OH (3)
Hướng dẫn:
a) (3) > (2) > (1) . Do (3) và (2) đề có liên kết hidro với nước, nhưng liên kết hidro của chất (3) với nước mạnh hơn nên tan tốt hơn. Chất (1) không có liên kết hidro với nước nê hầu như không tan trong nước.
b) (1) > (3) > (2). Chất 1 là hợp chất ion nên tan tốt nhất, chất 3 có liên kết hidro với nước, chất 2 không có nên hầu như không tan trong nước.
Phần I: Trắc nghiệm - Trần Trung Thành Câu 1: Chất hữu cơ X mạch hở có công thức C4H11O2N. X có tính lưỡng tính. Cho X tác dụng với dung dịch NaOH đun nóng thu được chất hữu cơ Y. Y làm quỳ tím ẩm chuyển xanh. X có bao nhiêu CTCT?