GV: TS MAI THỊ HẢI HÀ

11/09/2014

1

GV: TS MAI THỊ HẢI HÀ

Chương 2

LIÊN KẾT HÓA HỌC

CẤU TẠO PHÂN TỬ

Mô tả cơ bản liên kết Năng lượng lk:

NL cần tiêu tốn để phá hủy lk (hay NL giải phóng khi tạo thành lk).

NL lk càng lớn, lk càng bền.

11-Sep-14 TS. MTH H 2

11/09/2014

2

Mô tả cơ bản liên kết

Độ dài lk:

khoảng cách giữa 2 hạt nhân trong 1 mối lk


Trục liên kết

So sánh độ dài lk :

S – F , S – Cl , S – Br


Bậc lk (độ bội lk): số mối lk giữa 2 nguyên tử


C : O ..

O ..

: : N C H Carbon dioxide Hydrogen cyanide

Cặp e- hóa trị tự do (không lk)

O O ••

O ••

•• •• • •

• •

– + O O O

••

•• •• • •

• •

– +

•• Ozone

Benzen

11/09/2014

3

NL lk, độ dài lk, bậc lk có liên hệ chặt chẽ:

Xét cùng 1 bộ nguyên tử:

Bậc lk lớn – lk ngắn – độ bền lk cao

Cùng bậc lk: lk dài thường yếu hơn.


Sắp theo chiều giảm của độ

mạnh/độ bền lk:

A. S – F > S – Br > S – Cl

B. S – F > S – Cl > S – Br

C. S – F < S – Cl < S – Br

D. S – F < S – Br < S – Cl



Góc lk và cấu trúc hình học của phân tử:

Góc

Tháp tam giác

AB2

AB3

Tam giác phẳng

BeF2 CO2

Thẳng

H2O

BF3

Tứ diện

AB4

NH3

CH4

A : nguyên tử trung tâm

B : nguyên tử biên

AB5 AB6

11/09/2014

4


Lk cộng hóa trị – Thuyết lk hóa trị VB (Valence Bond)

Cơ học lượng tử khảo sát H2 + +

Ha Hb

_ e1 e2

_

Hàm đối xứng Ψs :

2 e- có spin khác nhau

Tại ro: thế năng min tạo H2

Mật độ e giữa 2 nhân tăng

Hàm không đối xứng ΨA :

2 e- có spin giống nhau

thế năng tăng do e đẩy nhau

mật độ e giữa 2 nhân → 0

Ψs = Cs(Ψa1Ψb2 + Ψb1Ψa2)

ΨA = CA(Ψa1Ψb2 - Ψb1Ψa2)

ro, Eo = độ dài, năng lượng liên kết H-H

2 nguyên tử ở xa nhau: ΨH2 = Ψa1Ψb2

2 nguyên tử đến gần nhau: ΨH2 = Ψb1Ψa2

Hàm sóng gần đúng: ΨH2 = C1Ψa1Ψb2 + C2Ψb1Ψa2


Lk CHT giữa 2 nguyên tử được tạo thành do sự che phủ giữa 2 AO hóa trị

của 2 nguyên tử :

* AO hóa trị 1e – AO hóa trị 1e có spin ngược nhau (góp chung)

* AO hóa trị 2e – AO hóa trị trống (cho nhận)

Tác dụng liên kết được tạo bởi cặp e có spin ngược nhau thuộc về cả 2

nguyên tử tương tác

lk CHT = lk 2 eletron - 2 tâm


17Cl

17Cl

Cl2

3s2 3p5 Cl Cl Cl – Cl

11/09/2014

5

Lk càng bền khi độ che phủ càng lớn. Mức độ che phủ phụ thuộc :

* Kích thước AO

* Hình dạng AO

* Hướng che phủ giữa các AO

Che phủ cực đại chỉ xảy ra theo những hướng xác định

Tính định hướng của lk CHT



Thuyết lk hóa trị VB – Định hướng che phủ


Che phủ dọc trục lk : s-s, s-p, s-d, p-p, p-d, d-d.… lk bền

t Trục liên kết

s s s p p p

p p p d d d

Lk tạo nên bộ khung phân tử

Lk bổ sung làm bền lk

Che phủ 2 bên trục lk : p-p, p-d, d-d,… lk kém bền

11/09/2014

6

Thuyết lk hóa trị VB – Sự lai hóa AO

n(AO hóa trị s, p, d thuần túy) n(AO lai hóa)

Đặc điểm của các AO lai hóa:

* mật độ e- dồn hẳn về 1 phía che phủ nhiều hơn

* hình dạng, năng lượng giống nhau

* phân bố đối xứng trong không gian giảm thiểu lực đẩy e - e


tổ hợp/lai hóa


Thuyết lk hóa trị VB – Các kiểu lai hóa AO

Lai hóa sp

1s + 1p → 2 AO lai hóa (sp)

2 trục phân bố đối xứng dưới góc 180o

Lai hóa sp2

1s + 2p → 3 AO lai hóa (sp2)

3 trục nằm trên 1 mặt phẳng phân bố

đối xứng dưới góc 120o

sp

sp

p p

x

y z

sp2

sp2

sp2

p

11/09/2014

7

Thuyết lk hóa trị VB – Các kiểu lai hóa AO


Lai hóa sp3

1s + 3p → 4 AO lai hóa (sp3)

4 trục hướng về 4 đỉnh 1 tứ diện sp3

sp3

sp3

sp3

Dự đoán kiểu lai hóa của nguyên tử trung tâm

ABn = ABnEm

với A: nguyên tử trung tâm B: nguyên tử biên E: cặp e tự do của A

n = số nguyên tử biên ( = số cặp e hóa trị lk = số lk )

m = 1/2(số e hóa trị A - số e cho B để B giống khí hiếm)

số AO lai hóa A cần = n + m = 2 sp

= 3 sp2

= 4 sp3


n số e ht của A số e ht cho B m n + m A lai hóa Phân tử

BeCl2

BCl3

CH4

CO2, CS2

11/09/2014

8



n số e ht của A số e ht cho B m n + m A lai hóa Phân tử

SiF4

NH3 , NF3, PCl3

H2O

SO2

NH4+

SO42-

ClO2-

ClO3- 3 7 1+2+2 1 4 sp3

ClO4- 4 7 1+2+2+2 0 4 sp3

CO32- 3 4 1+1+2 0 3 sp2 AB3

SiO44- 4 4 1.4 0 4 sp3 AB4

PO43- 4 5 1+1+1+2 0 4 sp3



C ở trạng thái kích thích có 4 e hóa trị độc thân (số cặp e hóa trị tự do = m = 0)

số AO lai hóa C cần = số nguyên tử biên

C C C

Tìm trạng thái lai hóa của các nguyên tử C:

1. C2H6 2. C2H4 3. C2H2 4. CH ≡ C _ CH = CH2 - CHO

4C 4C*

11/09/2014

9

Dạng hình học phân tử

Phân tử Kiểu lai hóa Hình học Ví dụ

AB2 sp Đường thẳng BeH2, CO2,N2O

AB3 sp2

Tam giác phẳng BF3, SO3, CO32-

AB2E Góc SO2

AB4

sp3

Tứ diện CH4, CCl4, NH4+

AB3E Tháp tam giác NH3, AsF3, SO32-

AB2E2 Góc H2O, ClO2-, OF2



4C*

2s 2p sp3

H H H

Dạng tứ diện đều Góc = 109o

CH4 : AB4

1H x

H

C H x

x H

H

H x

x

C H

H

H

H

5N

NH3 : AB3E

Giải thích sự tạo lk CHT theo thuyết VB

H2O : AB2E2

11/09/2014

10


6O

4C*

x x x x x x

C O

2s 2p

sp

x

O1 O2 O2

x p-p


Bậc lk = 2

CO2 : AB2

O1

O x

x

p-p

Đường thẳng


6S*

S O 3s 3p

sp2

x

x O

O1 O1 O2

x p-p

Dạng góc


Bậc lk = 2

SO2 : AB2E

6O x x x x x x

O2

3d

x

d-p

S O

O 120o

11/09/2014

11


6O

4C*

6O _

x x x x x x

x x x x x x x

C O 2s 2p

sp2

2s 2p

x

x O _

x O

_

O _

O _

O

x p-p

Thực nghiệm: 3 lk giống nhau

Lk π phân bố đồng đều cho 3O


C O

O _

O _

Lk π không định chỗ 2 electron 4 tâm

Bậc lk = 4/3 = 1.33

120o

CO32- : AB3

11-Sep-14 TS. MTH H

22

6S*

S O 3s 3p

sp3

x

x O

O4 O2 O3

x d-p

Dạng tứ diện đều


Bậc lk = 2,5

SO42- : AB4

6O x x x x x x

O1

3d

x

d-p

6O _

x x x x x x x

2s 2p

O1

_ _ O2

O

_

O

_ x

x

S O

O

O

2-

O

Lk π không định chỗ 4 electron 5 tâm

11/09/2014

12

Độ lớn của góc liên kết Thuyết sức đẩy giữa các cặp e- hóa trị VSEPR : các cặp e hóa trị liên kết/tự do

phân bố cách xa nhau tối đa trong không gian để giảm thiểu lực đẩy giữa chúng.

Lực đẩy giữa cặp e : tự do – tự do > tự do – lk > lk – lk

So sánh góc liên kết trong CH4 , NH3 , H2O

Đám mây e của lk đôi chiếm vùng không gian của lk đơn

góc giữa các lk đơn thu hẹp lại khi có lk bội

Độ âm điện EN:

Nguyên tử biên: EN tăng góc lk giảm (do cặp e lk bị hút mạnh về biên

trở nên cách xa nhau hơn nên lực đẩy giữa chúng giảm).

Nguyên tử trung tâm: EN tăng góc lk tăng

So sánh góc liên kết: NH3 , NF3 , NCl3

TS. MTH H 23

Số lượng lk CHT có thể tạo theo thuyết VB

Số AO hóa trị (1e, 2e, trống) = số lượng lk CHT cực đại

CK2: lớp vỏ hóa trị ns np

1 AO s + 3 AO p = 4 AO hóa trị tối đa 4 lk CHT

CK 3 trở đi: AO hóa trị bao gồm s, p, d, f

1 AO s + 3 AO p + 5 AO d = 9 AO hóa trị tối đa 9 lk CHT

tính bão hòa của lk CHT (khả năng tạo số lk CHT hạn chế)


11/09/2014

13

Điều kiện lai hóa bền theo VB

Các AO thuần túy tham gia lai hóa phải có:

NL gần nhau : thuộc cùng một lớp.

Mật độ e- phải đủ lớn.

Trong 1 PN từ trên xuống:

khả năng lai hóa giảm do sự tăng kích thước nguyên tử đã làm giảm mật độ e-

Mức độ che phủ của các AO lớn.


Li Be B C N O F Ne

ΔE2p-2s 1.9 2.8 5.7 8.1 11.4 18.9 22.6 26.8 eV

Trong 1 CK, ∆Ens-np tăng nên khả năng lai hóa giảm

Đánh giá thuyết VB

Ưu điểm:

Tìm hiểu được khả năng tạo liên kết cộng hóa trị

Giải thích được các tính chất của nhiều phân tử như cấu trúc hình

học,…

Trực quan, dễ hình dung

Nhược điểm: Chưa tổng quát, còn nhiều hiện tượng thực nghiệm

chưa giải thích được:

Từ tính của các chất

Sự tồn tại của phân tử H2+ có 1 electron

Màu sắc của chất


11/09/2014

14

Liên kết ion – Định nghĩa & tính chất Lk hình thành do tương tác tĩnh điện giữa các ion mang điện trái dấu.

Không có tính định hướng (lk do lực tĩnh điện xảy ra theo mọi hướng).

Không bão hòa (1 ion hút nhiều ion xung quanh)

hợp chất liên kết ion thường là chất rắn

Sự phân cực ion: Sự chuyển dịch đám mây e đối với hạt nhân của 1 ion (ion

bị phân cực) dưới tác dụng của điện trường tạo bởi ion khác (ion phân cực).

Liên kết ion có một phần tính cộng hóa trị

TS. MTH H 27

Sodium atom Na

Sodium ion (Na+)

Chlorine atom Cl

Chlorine ion (Cl-)

+ -

Độ phân cực của liên kết/phân tử – Mômen lưỡng cực

Độ phân cực của liên kết :

Đám mây e- lk phân bố không đối xứng giữa 2 nguyên tử lk (lệch về phía nguyên

tố có độ âm điện lớn) lk có cực.

Độ phân cực của phân tử :

Trọng tâm điện tích dương và âm của phân tử

không trùng nhau phân tử có cực

phân tử = (liên kết + cặp e hóa trị tự do)

TS. MTH H 28

: hướng về phía âm điện hơn

= q.d

Độ lớn điện tích Khoảng cách giữa 2 điện tích

HF = 1.83 D, 1 D = 3.336 x 10-30 C.m

Phân tử phân cực bị định hướng trong điện trường

11/09/2014

15

DEN

3.0

2.0

0.0

0.4

1.7

Chủ yếu tính ion

CHT có cực

CHT không cực

1. Xác định độ có cực của lk:

NaCl

H2O

Cl2

ICl

2. Xếp các lk sau theo độ

phân cực tăng dần:

H-N, H-O, H-C

Hiệu số độ âm điện ΔEN xác định độ có cực của lk tạo thành

Độ phân cực của lk đánh giá dựa trên độ âm điện

Độ âm điện của các nguyên tố

11/09/2014

16

Cặp nguyên tử nào tạo lk có tính ion cao nhất?


phân tử Є cấu trúc hình học của phân tử:

Phân tử 2 nguyên tử cùng loại (Cl2, O2) : phân tử = 0

Phân tử có cấu tạo đối xứng (CO2, CS2, CF4) : phân tử = 0 dù liên kết 0

Độ phân cực của phân tử

CF4

CH2F2

11/09/2014

17

TS. MTH H 33

HỢP CHẤT ION HỢP CHẤT CỘNG HÓA TRỊ

1. Là chất rắn, điểm nóng chảy cao (thường

> 4000C).

1. Là chất khí, lỏng, hay rắn có điểm nóng

chảy thấp (tiêu biểu < 3000C).

2. Nhiều chất tan trong dung môi phân

cực, như nước.

2. Nhiều chất không tan trong dung môi

phân cực, như nước.

3. Hầu hết không tan trong dung môi

không phân cực như hexan, CCl4.

3. Hầu hết tan trong dung môi không phân

cực như hexan, carbon tetrachloride.

4. Dạng nóng chảy dẫn điện rất tốt vì có

chứa các hạt mang điện linh động (ion).

4. Hợp chất lỏng và dạng nóng chảy không

dẫn điện.

5. Dung dịch nước dẫn điện tốt. 5. Dung dịch nước thường kém dẫn điện vì

hầu hết không chứa hạt mang điện.

6. Được tạo thành giữa 2 nguyên tử có độ

âm điện khá cách biệt, thường là một kim

loại và một phi kim.

6. Được tạo thành giữa 2 nguyên tử có độ

âm điện tương đương, thường là phi kim.

So sánh tính chất của hợp chất ion vs. cộng hóa trị

So sánh tính chất các clorua của các nguyên tố thuộc chu kì 3.

11/09/2014

18

Lk cộng hóa trị mạnh bên trong nguyên tử

Tương tác liên phân tử yếu giữa các phân tử

Lk liên phân tử yếu hơn nhiều so với lk giữa các nguyên tử trong phân tử

(ion, CHT, kim loại).

Tương tác giữa các phân tử

Lk liên phân tử - Lk Van der Waals

Lk VDW gồm:

Tương tác định hướng : lưỡng cực - lưỡng cực (giữa các phân

tử có cực)

Tương tác khuếch tán: tạo thành do sự phân cực nhất thời của

phân tử không cực hoặc có cực (do sự phân bố tùy ý tức thời

không đối xứng của điện tích trong phân tử)

Lk có tính không bão hòa, tính phổ dụng, có thể xuất hiện trên

những khoảng cách tương đối lớn.

Lực VDW tăng theo kích thước và khối lượng phân tử.


11/09/2014

19


Lk liên phân tử - Lk Hidro

Là lk giữa H mang điện dương và nguyên tử mang điện tích âm khi:

H lk trực tiếp với nguyên tố có độ âm điện lớn hoặc nguyên tố có mật

độ e cao : có cặp e tự do ở lớp thứ 2.

Độ mạnh/bền của lk:

Lk Van der Waals < Lk Hidro << lk CHT < lk ion

Khuếch tán < lưỡng cực - lưỡng cực

Vai trò của lực liên phân tử

Lực liên phân tử A-A lớn : Nhiệt độ chuyển pha (nhiệt độ sôi/nóng

chảy) của chất tăng.

Lực liên phân tử A-B lớn : Khả năng hòa tan, điện ly của chất tan A

trong dung môi B tăng.


Khí – nước : tương tác VDW tăng

theo kích thước phân tử khí

độ tan khí trong nước tăng theo

kích thước phân tử khí

11/09/2014

20


Glucose – nước : Lk Hidro

Glucose tan nhiều trong nước

Cyclohexane – nước : Lk VDW

hầu như không tan trong nước

do phần hidrocarbon kị nước

lớn


Nhiệt độ sôi XH4 với X Є nhóm IVA :

XH4 – XH4 : lk VDW tăng theo khối lượng phân tử

Ts tăng theo khối lượng phân tử

Nhiệt độ sôi XH4 với X Є nhóm VA, VIA, VIIA :

Hợp chất đầu nhóm H2O, NH3, HF có ts và tnc cao bất thường

do có lk Hidro liên phân tử

11/09/2014

21

1. So sánh độ có cực của lk (lk nào có tính ion/tính cộng hóa trị nhiều nhất) :

a. HX với X = halogen

b. BCl3, NaCl, MgCl2,AlCl3, KCl.

2. Hợp chất nào có tính ion cao nhất :

A. LiCl B. KF C. NaCl D. LiF E. KCl

3. Tìm trạng thái lai hóa của các nguyên tử C:

a. CH3 _ COOH

b. CH3 _ CH = CH _ C ≡ C _ CHO

4. Chọn phát biểu đúng về BF3 và NH3 :

A. Cả 2 nguyên tử trung tâm đều lai hóa sp2 vì có 3 nguyên tử biên.

B. BF3 không phân cực trong khi NH3 phân cực.

C. Góc liên kết FBF nhỏ hơn góc HNH.

D. Cả 2 phân tử có dạng tháp tam giác.

TS. MTH H 41

5. Có bao nhiêu phân tử trong đó tất cả các nguyên tử của nó ở trong cùng một mặt

phẳng?

CH2=CH2 SO3 NH3 CO2

A. 3 B. 4 C. 4 D. 2

6. Cho các phân tử sau :

I. BF3 II. CHBr3 III. Br2 IV. NF3 V. CF4

6.1. Các phân tử có cấu trúc tứ diện gồm :

A. I, II, V B. II, IV,V C. II, V D. I, II, IV, V

6.2. Phân tử có cặp electron hóa trị tự do không liên kết trên nguyên tử trung tâm là

A. I, III, IV B. III, IV, V C. III, IV D. IV

6.3. Phân tử có góc liên kết lớn nhất là :

A. I B. II C. IV D. V

TS. MTH H 42

11/09/2014

22

7. Những hợp chất nào có momen lưỡng cực bằng không:

a. trans-FHC=CHF b. cis-FHC=CHF c. NaCl

d. BCl3 d. SO2 e. Br2

8. Momen lưỡng cực phân tử của NH3 lớn hơn của NF3 (2 giá trị lần lượt là 1,48 D

và 0,2 D) trong khi N-H < N-F . Giải thích.

9. Nhiệt độ sôi giảm dần trong dãy sau:

A. NaCl > HCl > HF > H2

B. NaCl > HF > HCl > H2

C. HCl > HF > NaCl > H2

D. HF > HCl > NaCl > H2


10. Số lượng phát biểu đúng là bao nhiêu?

A. Liên kết cộng hóa trị giữa 2 nguyên tử được tạo thành do sự che phủ lẫn nhau

của 2 AO hóa trị 1 electron với spin cùng chiều.

B. Mọi loại liên kết hóa học đều có bản chất điện.

C. Liên kết định chỗ là liên kết 2 electron hai tâm.

D. Liên kết ion có tính bão hòa.

E. Liên kết ion có một phần tính cộng hóa trị do hiện tượng phân cực ion.

11. Phát biểu nào không đúng:

A. Liên kết ion là một kết quả của sự chuyển e từ nguyên tử này sang nguyên tử khác.

B. Momen lưỡng cực sinh ra do sự phân bố không đối xứng của electron trong phân

tử.

C. Một phân tử có từng liên kết rất phân cực có thể là phân tử không phân cực.

D. Phân tử có dạng đường thẳng không thể có một momen lưỡng cực tổng cộng.

TS. MTH H 44

GV: TS MAI THỊ HẢI HÀ

Documents