Bài giảng Hóa học đại cương - Phần 1: Cấu tạo chất - Chương 3: Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử

HOÁ HỌC ĐẠI CƢƠNG Phần I CẤU TẠO CHẤT Chƣơng III LIÊN KẾT HOÁ HỌC VÀ CẤU TẠO PHÂN TỬ A. Liên kết hoá học III.1. Các đặc trƣng cơ bản của lkhh III.1.1. Năng lƣợng liên kết (E): Qui ƣớc E = E phá vỡ lk E càng lớn thì lk càng bền. - Đối với phân tử 2 nguyên tử: A-B(k,cb) A(k,cb) + B(k,cb); EA-B> 0. Ví dụ: HCl(k,cb)  H(k,cb) + Cl(k,cb) ; EH-Cl = 431 kJ.mol -1 - Đối với phân tử nhiều ntử kiểu ABn: ETB CH4(k,cb)  C(k,cb) + 4H(k,cb) ; ΔH=4EC-H  EC-H = ¼ ΔH Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.1. Các đặc trƣng cơ bản của lkhh III.1.2. Độ dài liên kết l (d): l (nm hoặc Ao) - Định nghĩa: - l tăng  độ bền lk giảm và ngƣợc lại. - Ví dụ: lH-H= 0,74 A o III.1.3. Góc liên kết: - Định nghĩa: - Phụ thuộc bản chất các ngtử tham gia lk - Ví dụ: phân tử H2O  Góc lk HOH là 104,5 0 Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.2. Phân loại liên kết III.2.1. Liên kết ion: *) Điều kiện tạo thành:   2.  xảy ra bởi 1 KL điển hình và 1 PK điển hình. Ví dụ: Na -1e = Na+ ; Cl +1e =Cl- lk ion trong NaCl. *) Bản chất: lực tĩnh điện giữa các ion trái dấu. *) Đặc điểm liên kết: - Không có tính bão hoà - Không có tính định hƣớng - Là lk bền năng lƣợng lk lớn.  ở đk thƣờng các h/chất lk ion là các chất rắn có Tnc, Ts cao (các muối, các oxit và hydroxit kim loại) Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.2. Phân loại liên kết III.2.2. Liên kết cộng hóa trị: *) Điều kiện tạo thành:  < 2 *) Phân loại: - Liên kết cộng hóa trị phân cực: 0 <  <2 cặp e lk lệch về phía ngtử của ngtố có  lớn hơn. Ví dụ: HCl, SO2.. - Liên kết cộng hóa trị không phân cực:  =0 cặp e lk không bị lệch. Ví dụ: H2, O2,... Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.3. Liên kết cộng hoá trị -Thuyết cặp e lk (thuyết VB) III.3.1. Sự tạo thành phân tử H2 từ 2 ngtử H: Kết quả: - Liên kết giữa 2 ngtử H chỉ đƣợc hình thành khi 2e của 2 ngtử có spin trái dấu nhau  xảy ra sự ghép đôi 2e độc thân có spin trái dấu của 2 ngtử tham gia lk vào 1 ô lƣợng tử . - Khi hình thành lk, mật độ e ở khu vực không gian giữa hai hạt nhân tăng lên (~ 2 đám mây chồng lên nhau).  Khái quát hoá các kết quả trên và mở rộng thành pp (thuyết) cặp e lk áp dụng cho mọi phân tử. Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.3. Liên kết cộng hoá trị -Thuyết cặp e lk (thuyết VB) III.3.2. Nội dung cơ bản của thuyết cặp e liên kết: - Mỗi lk cộng hoá trị đƣợc hình thành là do sự ghép chung 2e độc thân có spin trái dấu của 2 ngtử tham gia lk. - Khi hình thành lk  xảy ra sự xen phủ các mây e hoá trị (các AO hoá trị) của 2 ngtử tham gia lk. Sự xen phủ càng lớn thì lk càng bền (độ xen phủ lớn khi năng lƣợng và hiệu năng lƣợng các AO hoá trị càng nhỏ). -Liên kết cộng hoá trị là lk có hƣớng: hƣớng của lk này là hƣớng có độ xen phủ các AO của 2 ngtử tham gia lk là lớn nhất (hƣớng dọc các trục toạ độ). Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.3. Liên kết cộng hoá trị -Thuyết cặp e lk (thuyết VB) III.3.2. Nội dung cơ bản của thuyết cặp e liên kết: Ví dụ: Sự xen phủ các mây s và s, s và p, p và p Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.3. Liên kết cộng hoá trị -Thuyết cặp e lk (thuyết VB) III.3.2. Nội dung cơ bản của thuyết cặp e liên kết: Vậy: LK cộng hoá trị có: - Bản chất: cặp e hoá trị dùng chung - Tính chất: + Có tính bão hoà Hoá trị của nguyên tố + Có tính định hƣớngCấu trúc hình học của phân tử Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.3. Liên kết cộng hoá trị -Thuyết cặp e lk (thuyết VB) III.3.3. Tính bh của lk CHT - Hoá trị của ntố theo pp VB: *) Hoá trị có thể có của 1 nguyên tố = Số e độc thân của ngtử ngtố đó ở TTCB và TTKT (nếu có)  chỉ đúng đối với các nguyên tố nhóm A (trừ các khí hiếm). *) ĐK có TTKT: - Chỉ xảy ra trong cùng 1 lớp: nsnp nsnd npnd - Ở lớp ngoài cùng còn có cặp e chƣa lk và AO trống Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.3. Liên kết cộng hoá trị -Thuyết cặp e lk (thuyết VB) III.3.3. Tính bh của lk CHT - Hoá trị của ntố theo pp VB: Ví dụ : H : 1s1  TTCB có 1e độc thân  H chỉ có hoá trị 1 N: 1s22s22p3  TTCB có 3e độc thân chỉ có hoá trị 3 C: 1s22s22p2 TTCB có 2e độc thân C có hoá trị 2 TTKT có 4e độc thân C còn có hoá trị 4 Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.3. Liên kết cộng hoá trị -Thuyết cặp e lk (thuyết VB) III.3.3. Tính bh của lk CHT - Hoá trị của ntố theo pp VB: Ví dụ : S (Z=16): 1s22s22p63s23p4 - TTCB: S có 2e độc thân  hoá trị 2 - TTKT1: S* có 4e độc thân  hoá trị 4 - TTKT2: S** có 6e độc thân  hoá trị 6 Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.3. Liên kết cộng hoá trị -Thuyết cặp e lk (thuyết VB) III.3.3. Tính bh của lk CHT - Hoá trị của ntố theo pp VB: Bài tập áp dụng: - Xét sự tồn tại phân tử, ion phân tử - Viết công thức phân tử của hợp chất - Giải thích sự tạo phành phân tử, ion phân tử Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.3. Liên kết cộng hoá trị -Thuyết cặp e lk (thuyết VB) III.3.4. Cấu trúc Lewis (công thức Lewis): Giản đồ điểm Năm 1916 Gilbert Newton Lewis -Mỹ (1875-1946) xuất phát từ chỗ các nguyên tử có xu hƣớng đạt đến cấu hình e của khí trơ Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.3. Liên kết cộng hoá trị -Thuyết cặp e lk (thuyết VB) III.3.4. Cấu trúc Lewis (công thức Lewis): Giản đồ điểm *) Cơ sở công thức: cấu trúc bát tử: Xq mỗi ngtử có 8e (ở lớp ngoài cùng)đạt cấu trúc bền vững (trừ H2 có 2e). *) Để viết công thức Lewis cần chú ý: - Giữa 2 ngtử trong phân tử có các gạch liên kết, mỗi gạch ứng với 1 cặp e liên kết. - Xung quanh các ngtử có các điểm ứng với các e chƣa lk. Ví dụ: *) Hạn chế: không thích hợp với các nguyên tố từ CK 3 trở đi khi đó có sự tham gia của các AO dsố e hoá trị >8. Ví dụ: SF6, PF5 , IF7. Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.3. Liên kết cộng hoá trị -Thuyết cặp e lk (thuyết VB) III.3.5. Công thức (cấu trúc cộng hƣởng): Ví dụ: Xét CO3 2-: - Công thức Lewis: có 1lk đôi và 2 lk đơn - Thực nghiệm  3 lk C-O trong CO3 2- là đồng nhất  Đề phù hợp với thực nghiệm  CO3 2- phải có cấu trúc cộng hƣởng: tồn tại lk π không định chỗ, 3 lk C-O đồng nhất với bậc lk là 11/3 Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.3. Liên kết cộng hoá trị -Thuyết cặp e lk (thuyết VB) III.3.5. Công thức (cấu trúc cộng hƣởng): Ví dụ: CO3 2- : Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.3. Liên kết cộng hoá trị -Thuyết cặp e lk (thuyết VB) III.3.6. Tính định hƣớng của lk CHT - CTHH của phân tử Xét phân tử H2S: H: 1s 1 S: 1s22s22p63s23p4  khi hình thành phân tử H2S: 2e độc thân ở 3p của S sẽ kết hợp với 2e độc thân của 2H tạo 2lk σ trong H2S xảy ra sự xen phủ 2AO 1s (2H) với 2AO 3p (S) theo hƣớng dọc các trục toạ độ để sự xen phủ max hình dạng các mây xen phủ sẽ quyết định CHHH của ptử.  Phân tử H2S có cấu trúc chữ V  Góc HSH = 90o (LT) Thực tế: góc HSH = 92o2’ ? Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.3. Liên kết cộng hoá trị -Thuyết cặp e lk (thuyết VB) III.3.7. Liên kết cho-nhận: *) Cơ chế: xét sự tạo thành NH4 +: NH3 + H +  NH4 + Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.3. Liên kết cộng hoá trị -Thuyết cặp e lk (thuyết VB) III.3.7. Liên kết cho-nhận: *) Định nghĩa: là lk cộng hoá trị - cặp e dùng chung để tạo lk chỉ do 1 ngtử (hoặc ion) cung cấp. *) ĐK có liên kết: - 1 ngtử (ion) phải có cặp e hoá trị chƣa tham gia lk  phần tử cho. - 1 ngtử (ion) phải còn AO trống  phần tử nhận *) Kí hiệu: bằng 1 mũi tên: hƣớng từ phần tử cho sang phần tử nhận. *) Hoá trị và cộng hoá trị (hoá trị cực đại) của 1 nguyên tố: Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.3. Liên kết cộng hoá trị -Thuyết cặp e lk (thuyết VB) III.3.8. Liên kết σ, π: *) Định nghĩa: *) Ví dụ: Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.3. Liên kết cộng hoá trị -Thuyết cặp e lk (thuyết VB) III.3.9. Bậc (độ bội) lk theo phƣơng pháp cặp e: p *) Định nghĩa: p = số mối lk hình thành giữa 2 ntử = số cặp e dùng chung để tạo lk giữa 2 ntử. p=1: lk đơn p=2: lk đôi p=3: lk 3 *) p càng lớn  lk càng bền  E càng lớn, d càng nhỏ Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.4. Thuyết lai hoá III.4.1. Điều kiện ra đời: Giải quyết 2 khó khăn của pp cặp e lk: - Cấu trúc hình học - Độ bền của liên kết Ví dụ: Xét sự hình thành CH4: C(Z=6) 1s22s22p2  CTHH của phân tử CH4 theo pp cặp e không đúng với cấu trúc thực tế (tứ diện đều). Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.4. Thuyết lai hoá III.4.2. Nội dung: - Lai hóa AO: - Các AO tham gia tổ hợp: có thể có 1e, 2e hoặc là 1 AO trống. Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.4. Thuyết lai hoá III.4.3. Các kiểu lai hoá: a. Lai hóa sp: 1AOs + 1AOp  2AO lai hoá sp định hƣớng thẳng hàng  tạo góc 180o Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.4. Thuyết lai hoá III.4.3. Các kiểu lai hoá: b. Lai hóa sp2: 1AOs + 2AOp  3AO lai hoá sp2 định hƣớng tới 3 đỉnh của Δ phẳng tạo góc 120o Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.4. Thuyết lai hoá III.4.3. Các kiểu lai hoá: c. Lai hóa sp3: 1AOs + 3AOp  4AO lai hoá sp3 hƣớng tới 4 đỉnh của tứ diện đều  tạo góc 109o28’ Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.4. Thuyết lai hoá III.4.3. Các kiểu lai hoá: Ví dụ: Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.4. Thuyết lai hoá III.4.4. ĐK lai hoá bền: Các AO tham gia lai hoá phải: *) Có năng lượng xấp xỉ nhau: Từ đầu  cuối 1 CK: ΔE=(Enp- Ens) ↑  lai hoá bền ↓ *) Có năng lượng thấp: - Khả năng lai hoá hiệu quả của các AO ở lớp 2 (2s, 2p) > các AO ở lớp 3(3s, 3p) > các AO ở lớp 4 (4s, 4p) - Dãy H2O - H2S- H2Se- H2Te: EAO↑  hiệu quả lai hoá ↓  góc LK ↓: 104o5’ - 92o2’- 91o - 90o *) Độ xen phủ của các AO lai hoá với các AO ntử khác tham gia LK phải lớn. Nếu không có đủ các đk trênkhông có lh hoặc k/n lh bền ↓góc lk ↓, độ bền lk ↓. Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.4. Thuyết lai hoá III.4.5. Dự đoán kiểu lai hoá - CTHH của phân tử: Tổng quát: Cho phân tử AXxdự đoán kiểu lai hoá của ngtử TT ACTHH phân tử AXx: Tính tổng n = số lk  của nguyên tử TT A lk trực tiếp với X (=x) + số cặp e hóa trị của A chƣa lk *) Nếu n=2 A có lh sp  cấu trúc AXx thẳng  góc 180 0 *) Nếu n=3 A có lh sp2  cấu trúc của AXx là: - Δ phẳng (3 lk  + 0 cặp e hóa trị chƣa lk)  góc 120o - Chữ V: 2 lk  + 1 cặp e hóa trị chƣa lk  góc ~ 120o Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.4. Thuyết lai hoá III.4.5. Dự đoán kiểu lai hoá - CTHH của phân tử: *) Nếu n=4 A có lai hóa sp3 cấu trúc AXx là: - Tứ diện đều: 4 lk  + 0 cặp e hóa trị chƣa lk  góc 109o28’ - Tháp Δ: 3 lk  + 1 cặp e hóa trị chƣa lk góc ~ 109o28’ - Chữ V: 2 lk  + 2 cặp e hóa trị chƣa lk góc ~ 109o28’ Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.4. Thuyết lai hoá III.4.6. Ƣu nhƣợc điểm của thuyết cặp e: - Giải thích đơn giản, dễ hiểu, cho phép giải thích cấu trúc hình học của nhiều phân tử - Không giải thích đƣợc sự tồn tại của một số ion nhƣ: H2 +, O2 +, NO+,... - Không giải thích đƣợc tính thuận từ, nghịch từ của phân tử O2 - Không có tính định đề (không chứng minh đƣợc) Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.5. Thuyết MO (MO-LCO) Nguyên tắc: Mở rộng hàm sóng cho phân tử. III.5.1. Những giả thiết cơ bản của thuyết: - Coi mỗi e c/đ trong 1 trƣờng gây ra bởi các hạt nhân và tất cả các e còn lại - TT của e đƣợc mô tả bởi một hàm sóng  gọi là obitan phân tử, kí kiệu MO. - Các e ở lớp bên trong của mỗi ngtử không tham gia tạo MO, chỉ có các e hoá trị mới tham gia tạo các MO. Bài toán đƣa về giải PT Shrodinger có dạng: H = E Giải PT E, XD giản đồ năng lƣợng và viết c/h e của phân tử: Việc phân bố e vào các MO giống hệt nhƣ quy luật phân bố các e vào AO. Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.5. Thuyết MO (MO-LCO) III.5.2. Nội dung cơ bản của thuyết: MO đƣợc xđ bằng pp tổ hợp tuyến tính các AO ngtử: Xét phân tử gồm hai ntử 1 và 2: - Khi e c/đ gần ntử 1  chịu t/d chủ yếu của ntử 1 MO có dạng ~ AO của ntử 1 là 1 nhƣng chịu sự nhiễu loạn gây ra bởi ntử 2  có 1 hệ số bổ sung vào biểu thức xđ MO. Tƣơng tự, khi e c/đ gần ngtử 2 chịu t/d chủ yếu của ntử 2MO có dạng ~ AO của ntử 2 là 2 nhƣng chịu sự nhiễu loạn gây ra bởi ntử 1  = C1. 1 + C2. 2  Đƣa  vào PT Schrodinger  giải  , E - Sự tổ hợp nAOtạo nMO. Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.5. Thuyết MO (MO-LCO) III.5.3. Điều kiện để các AO tổ hợp có hiệu quả: - Các AO phải có năng lƣợng xấp xỉ nhau - Các AO phải xen phủ nhau rõ rệt - Các AO phải có cùng t/c đối xứng ? Các AO nào có cùng t/c đx: xen phủ dƣơng - Xen phủ (+): miền xen phủ cùng dấu: (+) với (+), (-) với (-)  cùng t/c đ/x - Xen phủ (-): miền xen phủ trái dấu: (+) với (-) - Xen phủ 0: miền xen phủ (+) = miền xen phủ (-) Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.5. Thuyết MO (MO-LCO) III.5.4. PP MO áp dụng cho phân tử dạng A2 (A: CK 1, 2): a. Xét ion phân tử H2 +: *) Xác định các MO: H + H+  H2 + AO AO MO 1s1(1) 1s1(2)  ? 1s(1) 1s(2)    = C1. 1s(1) + C2. 1s(2) Ci xđ bằng phƣơng pháp biến phân  C1=C2=1/ Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử 2 A. Liên kết hoá học III.5. Thuyết MO (MO-LCO) III.5.4. PP MO áp dụng cho phân tử dạng A2 (A: CK 1, 2): a. Xét ion phân tử H2 +: *) Giải PT Schodinger đ/v hàm : thu đƣợc 2MO: - MO 1: : ứng với năng lƣợng E+< EAO - MO thứ 2: : ứng với năng lƣợng E->EAO + là MO liên kết, kí hiệu s - là MO phản liên kết MO*, kí hiệu s* (chữ : lk H-H+ là lk ; s: lk đƣợc hình thành từ các AO s) Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.5. Thuyết MO (MO-LCO) III.5.4. PP MO áp dụng cho phân tử dạng A2 (A: CK 1, 2): a. Xét ion phân tử H2 +: *) XD giản đồ năng lượng: H2 + chỉ có 1e  điền vào s khi tạo H2 + năng lƣợng đã giảm xuống một giá trị là a hệ H2 + bền hơn hệ H và H+ ở riêng biệt. Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.5. Thuyết MO (MO-LCO) III.5.4. PP MO áp dụng cho phân tử dạng A2 (A: CK 1, 2): a. Xét ion phân tử H2 +: *) Viết cấu hình e: H2 +: s 1  Giản đồ năng lƣợng của H2 + có thể áp dụng cho các phân tử có tối đa 4e: H2, He2:  cấu hình e: H2: s 2  cấu hình e: He2 +: s 2 s *1  cấu hình e: He2: s 2 s *2 Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.5. Thuyết MO (MO-LCO) III.5.4. PP MO áp dụng cho phân tử dạng A2 (A: CK 1, 2): b. Xét các phân tử A2 (A: CK 2): *) Chu kỳ 2 gồm 8 ngtố: Li Be B C N O F Ne Z 3 4 5 6 7 8 9 10 C/h e 1s12s1 2s2 2p1 2p2 2p3 2p4 2p5 2p6 *) Nhận xét: A(1): 1s 2s 2px 2py 2pz A(2): 1s 2s 2px 2py 2pz - AO 1s không tham gia tổ hợp - Mỗi ntử có 4AO hoá trị: 1AO 2s và 3AO 2p: 2px, 2py, 2pz Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.5. Thuyết MO (MO-LCO) III.5.4. PP MO áp dụng cho phân tử dạng A2 (A: CK 1, 2): b. Xét các phân tử A2 (A: CK 2): - Có 8 MO của A2 đƣợc tạo thành từ 8AO hoá trị của 2A: s = C1. 2s(1) + C2. 2s(2)  tạo 2 MO: s và s * z = C3. 2pz(1) + C4. 2pz(2)  tạo 2 MO: z và z * x = C5. 2px(1) + C6. 2px(2)  tạo 2 MO: πx và πx * y = C7. 2py(1) + C8. 2py(2) tạo 2 MO: πy và πy * Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.5. Thuyết MO (MO-LCO) III.5.4. PP MO áp dụng cho phân tử dạng A2 (A: CK 1, 2): b. Xét các phân tử A2 (A: CK 2): *) XD giản đồ năng lượng: Kết hợp với TNo có: - Dãy 1: 5 ngtố đầu CK: Li2, Be2, B2, C2, N2: theo chiều E↑: (KK) s s*x=y z x*=y*z* - Dãy 2: 3 ngtố cuối CK: O2, F2, Ne2: theo chiều E↑: (KK) s s*z x=y x*=y*z* *) Viết cấu hình e: Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.5. Thuyết MO (MO-LCO) III.5.4. PP MO áp dụng cho phân tử dạng A2 (A: CK 1, 2): b. Xét các phân tử A2 (A: CK 2): *) Viết cấu hình e: Ví dụ 1: O2? O(Z=8):1s22s22p4O có 6e hoá trị O2 có 12e hoá trị:  O2 (KK) s 2 s* 2z 2 x 2=y 2 x* 1=y* 1  O2 + (KK) s 2 s* 2z 2 x 2=y 2 x* 1  O2 - (KK) s 2 s* 2z 2 x 2=y 2 x* 2=y* 1 Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.5. Thuyết MO (MO-LCO) III.5.4. PP MO áp dụng cho phân tử dạng A2 (A: CK 1, 2): b. Xét các phân tử A2 (A: CK 2): *) Viết cấu hình e: Ví dụ 2: N2? N(Z=7):1s22s22p3N có 5e hoá trị N2 có 10e hoá trị: N2 (KK) s 2 s* 2 x 2=y 2z 2 *) Từ cấu hình e: - C/h nào còn e độc thân chất thuận từ -C/h nào không còn e độc thân chất nghịch từ Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.5. Thuyết MO (MO-LCO) III.5.5. PP MO áp dụng cho phân tử AB (A, B: CK 1, 2): *) Nhận xét: - Năng lƣợng ban đầu của các AO không bằng nhau - χ của chúng khác nhau: nếu χA < χBEB < EA  Giản đồ năng lƣợng tuân theo dãy Li2-N2 (dãy 1): E↑: (KK) s s*x=y z x*=y*z* Ví dụ: NO, CO? NO có 11 e hoá trị NO (KK) s 2 s* 2 x 2=y 2z 2 x* 1 CO có 10 e hoá trị NO (KK) s 2 s* 2 x 2=y 2 z 2 Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.5. Thuyết MO (MO-LCO) III.5.6. Bậc (độ bội) theo PP MO: p Nếu p=0  không tồn tại lk  không tồn tại phân tử, ion Nếu p≠ 0  đã hình thành lk  tồn tại phân tử, ion Nếu p càng lớn độ bền lk càng lớnElk↑  độ dài lk ↓ Ví dụ: p(O2) = (8-4)/2 =2 p(O2 +) = (8-3)/2 =2,5; p(O2 -) = (8-5)/2 =1,5;  p(O2 +) > p(O2)  E(O2 +) > E(O2)> E(O2 -)  d(O2 +) < d(O2)< d(O2 -) Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Liên kết hoá học III.5. Thuyết MO (MO-LCO) III.5.7. Ƣu, nhƣợc điểm của phƣơng pháp MO: a. Ƣu điểm: - Giải quyết đƣợc nhiều hạn chế của pp cặp e liên kết: sự tồn tại của ion phân tử, t/c từ). - Giải thích đƣợc bản chất lk - Giải thích đƣợc sự khác nhau giữa Ingtử và Iphân tử: Nếu e tách ra ở MO lk EMO < EAO  Ingtử < Iphân tử Nếu e tách ra ở MO* lk EMO* > EAO  Ingtử > Iphân tử b. Nhƣợc điểm: - Phức tạp với nhiều hệ - Chỉ là phƣơng pháp gần đúng - Không gt đƣợc tính bão hoà của lk Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử B. Cấu tạo phân tử III.1. Độ phân cực của phân tử III.1.1. Phân tử phân cực (có cực), không phân cực: Một phân tử gồm: + Các hạt nhân  trọng tâm điện tích (+) + Các e  trọng tâm điện tích (-) - Nếu trọng tâm của điện tích (+) trùng trọng tâm của điện tích (-)  phân tử không phân cực  phân tử phải có cấu trúc đối xứng Ví dụ: H2, O2, N2, CH4, BF3, BF4 - - Nếu 2 trọng tâm lệch nhau phân tử có cực (phân cực) phân tử có cấu tạo không đối xứng Ví dụ: HCl, HF, H2O, NH3 Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử B. Cấu tạo phân tử III.1. Độ phân cực của phân tử III.1.2. Mô men lƣỡng cực của phân tử: μ *) Phân tử phân cực có  được tính: μ = q.l l- độ dài lƣỡng cực, m q- giá trị tuyệt đối của trọng tâm điện tích (+) hoặc (-), C   = q.l (C.m) hay (D : debye), 1D = 3,33.10-30 C.m *)  đặc trưng cho độ phân cực của phân tử: phân tử càng phân cực   càng lớn: - Đ/v phân tử không cực:  =0 (vì l=0) - Đ/v phân tử có cực:  ≠0 Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử B. Cấu tạo phân tử III.1. Độ phân cực của phân tử III.1.2. Mô men lƣỡng cực của phân tử: μ *)  là đại lượng có hướng (vectơ): quy ƣớc hƣớng từ trọng tâm của điện tích (+) đến trọng tâm của điện tích (-) (hoặc ngƣợc lại). *)  phụ thuộc vào nhiều yếu tố: sự chênh lệch độ âm điện giữa các nguyên tử tham gia liên kết (lk), cách sắp xếp các lk trong phân tử, tính đối xứng của phân tử, các cặp electron tự do Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử B. Cấu tạo phân tử III.1. Độ phân cực của phân tử III.1.2. Mô men lƣỡng cực của phân tử: μ Ví dụ: - Phân tử HCl có  = 1,04D, phân tử HI có  = 0,44D - Phân tử CO2 có cấu trúc thẳng:   tổng= 0  các lk C=O phân cực mạnh nhƣng phân tử CO2 không phân cực do =0. Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử B. Cấu tạo phân tử III.1. Độ phân cực của phân tử III.1.2. Mô men lƣỡng cực của phân tử: μ Ví dụ: - Phân tử NH3 và NF3 đều có trúc tháp tam giác, nhƣng thực tế (NH3) = 1,46D > (NF3)= 0,2D do: Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử B. Cấu tạo phân tử III.1. Độ phân cực của phân tử III.1.3. Sự phân cực hoá phân tử: Dƣới t/dụng của điện trƣờng ngoài  cấu trúc các phân thay đổi  μ bị thay đổi: - Các phân tử không phân cực (μ=0) trở thành phân cực (μ≠0)  sự phân cực cảm ứng. - Các phân tử có cực trở thành phân cực hơn  sự phân cực định hƣớng. Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử B. Cấu tạo phân tử III.2. Lực giữa các phân tử III.2.1. Lực Vander Waals : a) Định nghĩa: Lực tồn tại giữa các phân tử, gồm lực đẩy giữa các phần tích điện cùng dấu và lực hút giữa các phần tích điện trái dấu  có b/chất tĩnh điện. b) Các loại: 3 loại : - Lực định hƣớng: lớn đ/v các phân tử phân cực - Lực cảm ứng: nhỏ xảy ra giữa các phân tử có cực và không cực. - Lực khuếch tán: chủ yếu đ/v phân tử không cực. Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử B. Cấu tạo phân tử III.2. Lực giữa các phân tử III.2.1. Lực Vander Waals : c) Đặc điểm: của lực Van der Waals - Không chọn lọc không bão hoà - Năng lƣợng lk nhỏ (<40 kJ/mol) << lực lk cộng hoá trị và ion - Tăng nhanh khi khối lƣợng, kt phân tử và μ tăng  Ts, Tnc và ΔHhh ↑ khi kích thƣớc và khối lƣợng phân tử ↑ d) Vai trò: giữ vai trò quan trọng trong QT chuyển TT của các chất. Ví dụ: HF-HCl-HBr-HI Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử B. Cấu tạo phân tử III.2. Lực giữa các phân tử III.2.2. Liên kết H : a) Định nghĩa: Ví dụ: (HF)x, (H2O)x, (NH3)x b) Đặc điểm: - Năng lƣợng lk nhỏ lk yếu - Càng bền khi PK có χ càng lớn c) Vai trò: ảnh hƣởng đến 1 số t/c lý học của chúng: làm tăng bất thƣờng Ts,Tnc, ΔHhh và độ hoà tan (do tạo thành lk H giữa các phân tử dm và chất tan). Ví dụ: - HF tan vô hạn trong H2O - Dãy HF-HCl-HBr-HI Chƣơng III- Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử