Bài giảng Hóa đại cương - Chương 2: Liên kết hóa học và cấu tạo phân tử

HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 1 CHÖÔNG 2 LIEÂN KEÁT HOÙA HOÏC VAØ CAÁU TAÏO PHAÂN TÖÛ HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 2 1.1 NHÖÕNG KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN VEÀ LIEÂN KEÁT HOÙA HOÏC - Baûn chaát lieân keát: Coù baûn chaát ñieän. - Caùc loaïi lieân keát hoùa hoïc: LK coäng hoùa trò; LK ion. - Caùc ñaëc tröng cuûa lieân keát: ñoä daøi lieân keát, goùc hoùa trò, naêng löôïng lieân keát. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 3 . Ñoä daøi lieân keát: Laø khoaûng caùch 02 haït nhaân cuûa caùc nguyeân töû töông taùc vôùi nhau (d A-B ) dA-B Nguyeân töû A-B coù ñoä aâm ñieän gaàn nhau: d A-B = r a + r b Nguyeân töû A, B coù ñoä aâm ñieän khaùc nhau nhieàu: d A-B = r a + r b – 0,09 | A - B | dA-B HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 4 . Goùc hoùa trò: Goùc taïo thaønh bôûi 02 ñoaïn thaúng töôûng töôïng noái haït nhaân nguyeân töû trung taâm vôùi 02 haït nhaân nguyeân töû lieân keát. N H H H HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 5 . Năng lượng lieân keát: Laø naêng löôïng caàn tieâu toán ñeå phaù huûy lieân keát (+E) hay laø naêng löôïng ñöôïc giaûi phoùng ra khi taïo thaønh lieân keát (-E) Ñaëc tröng cho ñoä beàn cuûa lieân keát HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 6 2.2. LIEÂN KEÁT COÄNG HOÙA TRÒ 2.2.1. Phöông phaùp lieân keát hoùa trò (pp VB). a- Noäi dung cô baûn: * Khaùi nieäm veà lieân keát coäng hoùa trò (LKCHT): - LKCHT cô sôû treân caëp e goùp chung do caùc nguyeân töû töông taùc ñoùng goùp ( lieân keát 2 e – 2 taâm). - LKCHT ñöôïc taïo thaønh do söï che phuû nhau giöõa caùc AO chöùa caùc e goùp chung cuûa caùc nguyeân töû tham gia taïo lieân keát . Video clip HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 7 HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 8 - Ñoä beàn cuûa LKCHT phuï thuoäc vaøo ñoä che phuû cuûa caùc AO. Độ che phủ phuï thuoäc vaøo kích thöôùc, hình daïng cuûa AO, höôùng che phuû. Ñoä che phuû caøng lôùn lieân keát caøng beàn vaø lieân keát ñöôïc taïo thaønh khi ñoä che phuû ñaït cöïc ñaïi. Ví duï: söï che phuû caëp ñoâi giöõa 2 AO s vaø 2 AO p. S P P S HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 9 * Khaû naêng taïo LKCHT cuûa nguyeân toá vaø tính baõo hoøa cuûa LKCHT: - Cô cheá vaø khaû naêng taïo LKCHT cuûa nguyeân toá:  Cô cheá goùp chung: Lieân keát ñöôïc hình thaønh do söï goùp chung 02 e hoùa trò ñoäc thaân cuûa 02 nguyeân töû töông taùc. Ví duï: Söï taïo thaønh lieân keát trong phaân töû hyñro: H . + H .  H:H HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 10 Khaû naêng taïo LKCHT ñöôïc quyeát ñònh bôûi soá e hoùa trò ñoäc thaân cuûa nguyeân töû nguyeân toá (hay bôûi soá AO hoùa trò chöùa e hoùa trò ñoäc thaân). Tuy nhieân, soá e hoùa trò ñoäc thaân cuûa nguyeân töû nguyeân toá coù theå thay ñoåi (taêng hay giaûm do söï kích thích). . . . . + HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 11 Ví duï: caáu hình e cuûa cacbon ôû traïng thaùi bình thöôøng (C) vaø kích thích (C*): C: 1s 2 2s 2 2p 2 C* : 1s 2 2s 1 2p 3 )p2p2p2( 0 z 1 y 1 x )p2p2p2( 1 z 1 y 1 x HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 12  Cô cheá cho - nhaän: Söï hình thaønh caëp e goùp chung cuûa LKCHT chæ do 1 trong 2 nguyeân töû töông taùc ñöa ra, coøn nguyeân töû kia nhaän laáy. Ví duï: Söï taïo thaønh lieân keát giöõa phaân töû NH 3 (chaát cho) vaø ion H + (chaát nhaän): H 3 N: + ºH +  [ H 3 N : H ] + Caëp e hoùa trò töï do Obital hoùa trò töï do Video clip HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 13  Tính baõo hoøa cuûa LKCHT: Soá LKCHT cöïc ñaïi cuûa nguyeân toá baèng soá AO hoùa trò cuûa noù: tính baõo hoøa cuûa LKCHT. Ví duï: Chu kyø II coù 4 AO hoùa trò; Chu kyø III coù 9 AO hoùa trò. * Tính ñònh höôùng cuûa LKCHT vaø söï lai hoùa caùc AO: Vì lieân keát ñöôïc taïo thaønh theo nhöõng höôùng nhaát ñònh neân phaân töû taïo thaønh coù caáu hình khoâng gian nhaát ñònh. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 14 Ví duï: phaân töû H 2 Te coù caáu hình daïng goùc vôùi goùc hoùa trò laø HTeH=90 o do 2 lieân keát H  Te ñöôïc taïo thaønh do söï che phuû cuûa caùc AO 1s (cuûa H) vôùi 5p (cuûa Te) doïc theo caùc truïc toïa ñoä (höôùng che phuû cöïc ñaïi). 1s 1s5p 5p H H Te HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 15  Söï lai hoùa caùc AO: Trong thöïc teá coù nhieàu hôïp coù caáu hình khoâng gian phaân töû khoâng theå ñöôïc giaûi thích baèng söï che phuû thoâng thöôøng cuûa caùc AO s , p , d , f taïo neân caùc lieân keát trong nhöõng hôïp chaát ñoù. Ví duï: caùc hôïp chaát H 2 O (daïng goùc, HOH = 104,5 o ) NH 3 (daïng thaùp tam giaùc, HNH = 107 o 3 CH 4 (daïng töù dieän ñeàu, HCH = 109 o 28’). HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 16 Ñeå giaûi thích Pauling vaø Slater ñöa ra thuyeát lai hoùa caùc AO: Caùc nguyeân töû khi töông taùc vôùi nhau coù theå duøng nhöõng AO “troän laãn” môùi ñöôïc taïo thaønh do söï töï che phuû nhau giöõa caùc AO s, p, d, f trong noäi boä nguyeân töû cuûa mình (söï lai hoùa caùc AO) ñeå che phuû vôùi caùc AO cuûa nguyeân töû khaùc taïo lieân keát. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 17 Söï lai hoùa coù caùc ñaëc ñieåm sau:  Orbital lai hoùa taïo thaønh coù hình daïng, naêng löôïng hoaøn toaøn gioáng nhau, nhöng khaùc vôùi caùc AO tham gia lai hoùa.  Soá orbital lai hoùa taïo thaønh baèng soá AO tham gia lai hoùa vaø phaân boá raát ñoái xöùng trong khoâng gian.  Coù nhieàu kieåu lai hoùa khaùc nhau: sp, sp2, sp3, sp 3 d Video clip HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 18 Ñieàu kieän lai hoùa beàn: caùc orbital tham gia lai hoùa coù: naêng löôïng gaàn nhau, maät ñoä e lôùn, möùc ñoä che phuû lôùn. X Z y Hình dạng của 1 AO lai hoùa sp HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 19 - Xeùt moät soá kieåu lai hoùa:  Lai hoùa sp : Moät orbital s che phuû vôùi orbital p taïo thaønh 2 orbital lai hoùa sp phaân boá ñoái xöùng treân moät ñöôøng thaúng, nghóa laø döôùi moät goùc 180o. y X S P X sp sp 180 o Trước lai hoùa Sau lai hoùa HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 20 Ví duï: phaân töû BeH 2 coù daïng ñöôøng thaúng vôùi goùc hoùa trò 180 O . Giaûi thích: -Caáu hình e cuûa nguyeân töû Be khi bò kích thích: 2s 1 2p 1 -Nguyeân töû Be trung taâm söû duïng 2 orbital lai hoùa sp (ñöôïc taïo thaønh töø söï töï che phuû cuûa 1 orbital 2s vôùi 1 orbital 2p) che phuû vôùi caùc orbital 1s cuûa 2 nguyeân töû H taïo thaønh 2 lieân keát BeH. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 21 HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 22 Lai hoùa sp2: Moät orbital s che phuû vôùi hai orbital p vaø taïo thaønh 3 orbital lai hoùa sp2 phaân boá ñoái xöùng treân maët phaúng theo höôùng ñeán 3 ñænh cuûa moät tam giaùc ñeàu, nghóa laø döôùi nhöõng goùc 120o. s p p sp 2 sp 2 120 o HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 23 Ví duï: phaân töû BCl 3 coù daïng tam giaùc ñeàu vôùi goùc hoùa trò 120 O . Giaûi thích: -Caáu hình e cuûa nguyeân töû B khi bò kích thích: 2s 1 2p 2 . -Nguyeân töû B trung taâm söû duïng 3 orbital lai hoùa sp 2 (ñöôïc taïo thaønh töø söï töï che phuû cuûa moät orbital s vôùi 2 orbital 2p) che phuû vôùi caùc orbital 3p cuûa 3 nguyeân töû Cl taïo thaønh 3 lieân keát BCl. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 24 s p p sp 2 sp 2 120 o HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 25 Cl Cl Cl sp 2 sp 2 120 o 3p 3p 3p B HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 26  Lai hoùa sp3: 1 orbital s che phuû vôùi 3 orbital p taïo thaønh 4 orbital lai hoùa sp3 phaân boá ñoái xöùng trong khoâng gian theo höôùng ñeán 4 ñænh cuûa moät töù dieän ñeàu, nghóa laø döôùi nhöõng goùc 109o28’. s p p p sp sp sp sp 3 3 3 3 109 28'o HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 27 Ví duï: phaân töû CCl 4 coù daïng töù dieän ñeàu vôùi goùc hoùa trò 109 O 28 ’ . Giaûi thích: Nguyeân töû C trung taâm söû duïng 4 orbital lai hoùa sp 3 (ñöôïc taïo thaønh töø söï töï che phuû giöõa orbital 2s vôùi 3 orbital 2p) che phuû vôùi caùc orbital 3p cuûa caùc nguyeân töû Cl taïo thaønh 4 lieân keát CCl . HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 28 s p p p sp sp sp sp 3 3 3 3 109 28'o HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 29 - Giaûi thích caáu hình khoâng gian caùc phaân töû H 2 O, NH 3 , CH 4 : HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 30  Caùc daïng goùc, thaùp tam giaùc, töù dieän ñeàu cuûa chuùng ñöôïc giaûi thích bôûi traïng thaùi lai hoùa sp 3 cuûa caùc nguyeân töû trung taâm O, N, C (do caùc goùc hoùa trò cuûa chuùng baèng hoaëc gaàn vôùi 109 o 28’). Caùc nguyeân töû naøy söû duïng caùc orbital lai hoùa sp 3 ñeå che phuû vôùi caùc orbital 1s cuûa caùc nguyeân töû H taïo thaønh caùc lieân keát trong phaân töû. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 31 HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 32  Söï sai leäch giöõa goùc hoùa trò cuûa H 2 O vaø NH 3 ñöôïc giaûi thích baèng lyù thuyeát ñaåy nhau giöõa caùc caëp e hoùa trò cuûa Gillespie: caùc caëp e hoùa trò töï do trong 2 phaân töû treân ñaåy caùc caëp e lieân keát laøm cho goùc hoùa trò heïp laïi (soá caëp e hoùa trò töï do caøng nhieàu ñaåy caøng maïnh). HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 33 * Caùc kieåu LKCHT: Coù nhieàu kieåu LKCHT khaùc nhau phuï thuoäc vaøo caùch che phuû vaø tính ñoái xöùng cuûa caùc AO tham gia che phuû taïo lieân keát: , ,  khoâng ñònh choã :  Lieân keát  : ñöôïc taïo thaønh khi caùc AO che phuû doïc theo truïc noái haït nhaân nguyeân töû. Ñaây laø loaïi lieân keát chính thöïc hieän giöõa 2 nguyeân töû, quyeát ñònh caáu hình khoâng gian (khung) phaân töû vaø coù theå xuaát hieän do söï che phuû cuûa baát kyø loaïi AO naøo (ss , sp ). HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 34  Lieân keát  : ñöôïc taïo thaønh khi caùc AO che phuû veà 2 beân truïc noái haït nhaân. Ñaây laø loaïi lieân keát phuï boå sung theâm sau khi taïo thaønh lieân keát chính  maø caùc nguyeân töû töông taùc vaãn chöa baõo hoøa hoùa trò. Noù ñöôïc taïo thaønh do söï che phuû cuûa caùc caëp orbital pp, dd, pd. Xem liên kết HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 35  Lieân keát  : ñöôïc taïo thaønh khi caùc AO d nằm trong caùc maët phaúng song song che phuû laãn nhau theo caû 4 “caùnh hoa”. Noù ñöôïc taïo thaønh do söï che phuû cuûa caùc caëp orbital dd. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 36 Lieân keát  khoâng ñònh choã (lieân keát nhieàu taâm): Laø loaïi lieân keát  nhöng ñöôïc thöïc hieän giöõa nhieàu nguyeân töû (töø 3 nguyeân töû trôû leân) vôùi soá e tham gia taïo lieân keát coù theå nhieàu hôn 2. Ñaây laø loaïi lieân keát phuï boå sung ñöôïc duøng ñeå giaûi thích tröôøng hôïp caùc lieân keát xuaát phaùt töø nguyeân töû trung taâm coù baäc leû, baèng nhau vaø ñöôïc bieåu dieãn baèng nhöõng ..... . HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 37 120 o O O O 2p 2p 2p 2p Z Z X 2p x x x z z 2p 2p z z sp 2 Xeùt tröôøng hôïp ion CO 3 2- Benzen 4’40 HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 38 * Baäc lieân keát: - Cho bieát soá caëp e tham gia taïo lieân keát giöõa 2 nguyeân töû. Baäc lieân keát coù theå nguyeân hay leû, ñöôïc tính theo coâng thöùc: Baäc = (Soá e lieân keát) /(2  soá lieân keát ) - Baäc lieân keát taêng, ñoä daøi lieân keát giaûm, naêng löôïng vaø ñoä beàn lieân keát taêng. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 39 Ví duï: Lieân keát C O C .. O C = O Baäc lieân keát 1 1,33 2 Ñoä daøi lieân keát (AO ) 1,43 1,29 1,22 * Tính coù cöïc, söï phaân cöïc cuûa LKCHT: Töï ñoïc HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 40 b - AÙp duïng phöông phaùp VB khaûo saùt caáu taïo moät soá phaân töû, ion: * Phaân töû N 2 : N (2s 2 2p 3 : coù 3 e hoùa trò ñoäc thaân 2p): 2 nguyeân töû N coù theå taïo thaønh vôùi nhau 3 lieân keát baèng caùch goùp chung 3 e ñoäc thaân. Caëp 2p x taïo thaønh lieân keát , coøn 2 caëp 2p y vaø 2p z taïo thaønh caùc lieân keát . Vaäy lieân keát trong N 2 laø lieân keát 3 (baäc 3), goàm 1 lieân keát  vaø 2 lieân keát . HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 41 * Phaân töû CO 2 : - Phaân töû CO 2 coù daïng ñöôøng thaúng, goùc hoùa trò, lieân keát C - O laø lieân keát ñoâi, goàm 1 lieân keát  vaø 1 lieân keát . - Caáu hình e cuûa C, O:  C* : 1s2 2s1 2p3 (coù 4 electron hoùa trò ñoäc thaân). Suy ra C seõ duøng 4 electron hoùa trò ñoäc thaân ñeå taïo caùc lieân keát vôùi O. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 42 Vì OCO=180 o , nguyeân töû C trung taâm coù lai hoùa sp (AO 2s che phuû vôùi 1 AO 2p taïo thaønh 2 orbital lai hoùa sp). C seõ söû duïng 2 orbital lai hoùa naøy cuøng vôùi 2 orbital 2p khoâng tham gia lai hoùa coøn laïi ñeå che phuû vôùi caùc orbital cuûa O taïo lieân keát. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 43  O: 1s2 2s2 2p4 (coù 2 e hoùa trò ñoäc thaân). Suy ra O seõ duøng 2 e hoùa trò ñoäc thaân vaø caùc AO hoùa trò chöùa 1 e naøy ñeå taïo caùc lieân keát vôùi C.  Töø ñaây: caùc lieân keát  C  O ñöôïc taïo thaønh do söï che phuû giöõa 2 orbital lai hoùa sp cuûa C vaø caùc AO 2p chöùa 1 electron (ví duï 2p x ) cuûa 2 O , coøn caùc lieân keát  CO ñöôïc taïo thaønh do söï che phuû caëp ñoâi giöõa caùc AO 2p cuûa C vaø O ( giöõa 2py vôùi 2py vaø 2pz vôùi 2pz). HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 44 O C O Z Z Z y y y x sp 2 sp2 2p z z 2p2p z 2px 2p x 2py 2py 2py  Baäc lieân keát C – O: = [ 4e (C) + 2e  2 (O) ] / [ 2  2 () ] = 2. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 45 * Phaân töû BCl 3 : - Phaân töû BCl 3 coù daïng tam giaùc ñeàu, goùc hoùa trò ClBCl=120 o , lieân keát B - Cl coù baäc baèng 1,33; goàm 1 lieân keát  vaø 1 lieân keát  kh ñònh choã. - Caáu hình e cuûa B vaø Cl:  B* : 1s22s12p2 (coù 3 e hoùa trò ñoäc thaân): B seõ duøng 3 e naøy ñeå taïo caùc lieân keát vôùi Cl. Tuy nhieân vì ClBCl = 120 o , neân B lai hoùa sp 2 (AO 2s che phuû vôùi 2 AO 2p taïo 3 orbital lai hoùa sp 2 ) HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 46 B seõ duøng 3 AO lai hoùa naøy vaø AO 2p khoâng tham gia lai hoùa coøn laïi ñeå che phuû vôùi caùc AO cuûa Cl taïo lieân keát. Cl:1s22s22p63s23p5 (coù 1 e hoùa trò ñoäc thaân): Cl seõ duøng e naøy vaø caùc AO 2p chöùa 1 e cuõng nhö chöùa caëp e gheùp ñoâi taïo lieân keát vôùi B.  Töø ñaây: 3 lieân keát BCl ñöôïc taïo ra do söï che phuû caëp ñoâi giöõa 3 orbital lai hoùa sp 2 cuûa B vôùi caùc AO chöùa 1 e 2p (ví duï 2px) cuûa 3 Cl. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 47 Caáu hình e hoùa trò cuûa B vaãn chöa baõo hoøa (coøn 1 AO hoùa trò 2p töï do), ñeå cho phaân töû BCl 3 beàn vöõng (nghóa laø caùc lieân keát B  Cl phaûi ñaït ñöôïc ñoä beàn cöïc ñaïi) caàn phaûi taïo theâm lieân keát boå sung: lieân keát  khoâng ñònh choã, ñöôïc taïo thaønh theo cô cheá cho-nhaän do söï che phuû giöõa AO hoùa trò töï do 2p khoâng tham gia lai hoùa coøn laïi (ví duï 2pz) cuûa B vaø 3 AO hoùa trò 2p chöùa caëp e gheùp ñoâi saün coù (2pz) cuûa 3 Cl. Lieân keát  naøy chung cho caû 4 nguyeân töû B vaø Cl (neân ñöôïc goïi laø lieân keát 2 e - 4 taâm). HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 48  Baäc lieân keát B  Cl: = [ 3e (B) + 5e (3 Cl) ] / [ 2  3 () ] = 1,33. 120o Cl Cl Cl B 3p 3p 3p 3p 3p 3p 2p sp 2 sp 2 HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 49 * Ion CO 3 2- : - Ion CO 3 2- coù daïng tam giaùc ñeàu, goùc hoùa trò OCO =120 o , lieân keát C-O coù baäc baèng 1,33; goàm 1 lieân keát  vaø 1 lieân keát  khoâng ñònh choã. - Caáu hình e cuûa C vaø O:  Vì neân C ôû traïng thaùi lai hoùa sp2 (AO 2s che phuû vôùi 2 AO 2p taïo thaønh 3 AO lai hoùa sp; 4 e hoùa trò phaân boá ñoäc thaân treân 3 AO lai hoùa sp 2 vaø AO 2p coøn laïi khoâng tham gia lai hoùa): HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 50 C seõ duøng caùc e hoùa trò ñoäc thaân vaø caùc AO lai hoùa sp 2 , AO 2p khoâng tham gia lai hoùa. 1 O coù caáu hình e : 2s 2 2p 4 (coù 2 e hoùa trò ñoäc thaân). 2 O coøn laïi do nhaän theâm 2 e ñieän tích cuûa ion neân coù caáu hình e hoùa trò: 2s 2 2p 5 (chæ coù 1 e trò ñoäc thaân). Ñeå taïo lieân keát caùc nguyeân töû O cuõng söû duïng caùc e hoùa trò ñoäc thaân vaø caùc AO chöùa 1 e naøy.  Töø ñaây: caùc lieân keát C  O ñöôïc taïo thaønh do söï che phuû caëp ñoâi giöõa 3 orbital lai hoùa sp 2 cuûa C vôùi 3 orbital 2p cuûa 3 O. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 51 Sau khi taïo 3 lieân keát  CO caáu hình e cuûa C cuõng nhö cuûa caùc O vaãn chöa baõo hoøa (coøn thieáu 1 e), ñeå ion coù caáu taïo beàn, giöõa caùc nguyeân töû C vaø O taïo theâm lieân keát  khoâng ñònh choã chung cho caû 4 nguyeân töû theo cô cheá goùp chung do söï che phuû giöõa orbital 2p khoâng tham gia lai hoùa cuûa C vôùi 3 orbital 2p cuûa 3 O ( lieân keát 2 e – 4 taâm).  Baäc lieân keát C  O: = [ 4e (C) + 4e(3 O) ] / [ 2  3 () ] = 1,33. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 52 120 o O O O 2p 2p 2p 2p Z Z X 2p x x x z z 2p 2p z z sp 2 HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 53 2.2.2. Phöông phaùp orbital phaân töû (MO). a- Noäi dung cô baûn: - Phaân töû laø toå hôïp thoáng nhaát goàm: Caùc haït nhaân vaø caùc e cuûa caùc nguyeân töû taïo thaønh phaân töû. Moãi e chuyeån ñoäng trong tröôøng taùc duïng cuûa caùc haït nhaân vaø caùc e coøn laïi (phaân töû laø nguyeân töû ña nhaân). HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 54 - Phaân töû coù caáu truùc orbital nhö nguyeân töû: Trong phaân töû traïng thaùi e cuõng ñöôïc ñaëc tröng baèng orbital phaân töû (MO). Caùc MO laïi ñöôïc xaùc ñònh baèng toå hôïp caùc soá löôïng töû. Töông öùng vôùi caùc AO s, p, d, f trong nguyeân töû, trong phaân töû coù caùc MO     .. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 55 - Caùc e ñöôïc phaân boá treân caùc MO theo quy luaät gioáng nhö treân caùc AO. - Caùc MO ñöôïc taïo thaønh do söï toå hôïp tuyeán tính (coäng vaø tröø) caùc AO (töùc söï che phuû caùc AO):  Soá MO taïo thaønh baèng soá AO tham gia toå hôïp.  Söï toå hôïp tuyeán tính “coäng” caùc AO taïo thaønh MO lieân keát coù naêng löôïng thaáp hôn caùc AO xuaát phaùt. Söï toå hôïp tuyeán tính “tröø” caùc AO taïo thaønh MO phaûn lieân keát coù naêng löôïng cao hôn caùc AO xuaát phaùt. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 56 HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 57 MO khoâng lieân keát ñöôïc hình thaønh töø caùc AO khoâng tham gia toå hôïp MO, coù naêng löôïng vaø hình daïng gioáng caùc AO xuaát phaùt.  Teân goïi caùc MO (    ) ñöôïc xaùc ñònh tuøy thuoäc vaøo caùch che phuû cuûa caùc AO ñoái vôùi truïc noái haït nhaân nguyeân töû gioáng nhö trong pp VB. Ví duï: söï toå hôïp cuûa 2 AO 1s taïo thaønh 2 MO lieân keát  1s vaø phaûn lieân keát *1s hay söï toå hôïp cuûa 2 AO 2p coù theå taïo thaønh 2 MO lieân keát  2px vaø phaûn lieân keát *2px hoaëc 2 MO lieân keát  2py vaø phaûn lieân keát *2py. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 58  Söï toå hôïp caùc AO thaønh caùc MO cuõng thöôøng ñöôïc bieåu dieãn döôùi daïng giaûn ñoà naêng löôïng.  Ñieàu kieän toå hôïp: caùc AO tham gia toå hôïp phaûi gaàn nhau veà naêng löôïng, che phuû nhau ñaùng keå, coù ñoái xöùng gioáng nhau ñoái vôùi ñöôøng lieân keát trong phaân töû. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 59 2px *2s 2s *2px *2py= *2pz 2py= 2pz2px2pz HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 60 Caùc ñaëc ñieåm lieân keát:  Ñoùng goùp vaøo lieân keát coù theå laø caùc caëp e gheùp ñoâi hoaëc caùc e ñoäc thaân rieâng bieät.  Lieân keát ñöôïc xaùc ñònh baèng soá e lieân keát khoâng bò e phaûn lieân keát trieät tieâu (1 e phaûn lieân keát trieät tieâu 1 e lieân keát).  Baäc lieân keát = (Soá e lk – Soá e plk) / (2  soá lk ).  Khi baäc baèng khoâng, phaân töû khoâng taïo thaønh. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 61 Ví duï: Phaân töû He 2 coù baäc baèng khoâng neân khoâng toàn taïi ôû ñieàu kieän bình thöôøng Video clip HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 62 b - Ví duï aùp duïng phöông phaùp MO: * Khaûo saùt caùc phaân töû 2 nguyeân töû cuøng loaïi cuûa caùc nguyeân toá CK I (H vaø He): Söï taïo thaønh vaø traät töï phaân boá caùc MO theo naêng löôïng: Caùc MO cuûa H 2 , He 2 ñöôïc taïo thaønh töø söï toå hôïp tuyeán tính 2 AO 1s cuûa caùc nguyeân töû H vaø He: ñoù laø caùc MO lieân keát  1s (coù naêng löôïng thaáp hôn) vaø phaûn lieân keát 1s (coù naêng löôïng cao hôn). HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 63 - Söï phaân boá electron treân caùc MO:  2 H  2 HeMO H 2 He 2 * 1s    1s Baäc lieân keát 0,5 1 0,5 0 Chieàu daøi lieân keát (A O ) 1,06 0,74 1,08 Naêng löôïng lieân keát (kj/mol) 255 431 251 HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 64 - Nhaän xeùt: Lieân keát trong phaân töû H 2 laø lieân keát , coù baäc baèng 1, neân noù toàn taïi beàn trong thöïc teá. Lieân keát trong H 2 + chæ coù 1 e nhöng do baäc lieân keát > 0 neân chuùng vaãn toàn taïi ñöôïc trong thöïc teá duø khoâng beàn. Phaân töû He 2 khoâng theå toàn taïi ñöôïc ôû ñieàu kieän bình thöôøng vì coù lieân keát coù baäc baèng 0 (lieân keát khoâng hình thaønh). HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 65  Caáu hình e phaân töû cuûa caùc phaân töû vaø ion phaân töû treân: ])[(:H 2 2 s1  ])[(:H 1 2 s1  ])()[(:He 1* S1 2 2 s1  HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 66 •Khaûo saùt caùc phaân töû 2 nguyeân töû cuøng loaïi (X 2 ) cuûa caùc nguyeân toá CKII: - Söï taïo thaønh vaø phaân boá caùc MO theo naêng löôïng: Caùc nguyeân töû nguyeân toá CKII coù 5 AO (1s, 2s, 2p x , 2p y , 2p z ). Söï toå hôïp 10 AO cuûa 2 nguyeân töû seõ taïo thaønh 10 MO cuûa phaân töû: Töø 2 AO 1s taïo thaønh 2 MO vaø coøn söï toå hôïp caùc AO 2s vaø 2p xaûy ra phöùc taïp:  Caùc nguyeân toá cuoái CK (töø O ñeán Ne): ñoä cheânh leäch naêng löôïng E giöõa caùc AO 2p vaø 2s lôùn neân chæ xaûy ra söï toå hôïp cuûa AO 2s vôùi 2s vaø 2p vôùi 2p. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 67 Söï toå hôïp 2 AO 2s taïo thaønh 2 MO  2s vaø *2s . Söï toå hôïp 2 AO 2p x taïo thaønh 2 MO 2px vaø  * 2px (che phuû theo truïc x) Söï toå hôïp caëp ñoâi 2 AO 2p y vaø 2 AO 2p z taïo thaønh caùc caëp MO(che phuû veà 2 phía truïc noái haït nhaân). Caùc MO taïo thaønh phaân boá theo naêng löôïng nhö sau: HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 68 * px2 * pz2 * py2pz2py2px2 * s2s2 * s1s1   Caùc nguyeân toá ñaàu CK (töø Li ñeán N): do ñoä cheânh leäch naêng löôïng E giöõa caùc AO 2p vaø 2s nhoû neân caùc AO 2s toå hôïp ñöôïc vôùi nhau vaø vôùi caùc AO 2p: HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 69 •Söï toå hôïp 2 AO 2s vaø 2 AO 2px taïo thaønh 4 MO * px2 * s2px2s2 , , ,  •Söï toå hôïp caùc caëp AO 2py hay 2pz taïo thaønh caùc caëp MO * pz2pz2 * py2py2 , vaø ,  Caùc MO taïo thaønh ñöôïc phaân boá nhö sau: * px2 * pz2 * py2px2px2py2s2s2 * s1s1   HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 70 940599289105Nlöôïng lkeát (kj/mol) 1,121,101,241,592,67Chieàu daøi lkeát (A O ) 2,53211Baäc lieân keát  2s     2py,z          N 2 C 2 B 2 Li 2 MO 828  s2  z,py2  px2 px2    2 - Söï phaân boá e treân caùc MO:  Ñoái vôùi caùc nguyeân toá ñaàu CK: HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 71  Ñoái vôùi caùc nguyeân toá cuoái CK: 154328494629Nlöôïng lkeát (kj/mol) 1,411,261,211,12Chieàu daøi lkeát (A O ) 011,522,5Baäc lieân keát  2s  2px  2py,z      Ne 2 F 2 O 2 MO  z,py2  s2   2   2 HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 72 - Nhaän xeùt:  Baäc lieân keát taêng  Ñoä daøi lieân keát giaûm  Naêng löôïng lieân keát taêng  Ñoä beàn lieân keát taêng.  Söï taêng e treân caùc MO lieân keát laøm taêng ñoä beàn cuûa lieân keát cuõng nhö phaân töû. Ngöôïc laïi, söï taêng e treân caùc MO phaûn lieân keát laøm giaûm ñoä beàn cuûa lieân keát cuõng nhö phaân töû .  Trong caùc phaân töû vaø ion phaân töû khaûo saùt chæ coù phaân töû Ne 2 khoâng toàn taïi trong thöïc teá vì coù baäc lieân keát baèng khoâng. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 73 Phaân töû N 2 coù lieân keát ba (goàm 1 vaø 2), laø lieân keát coù baäc lôùn nhaát neân coù ñoä daøi ngaén nhaát vaø ñoä beàn lôùn nhaát. Caáu hình e hoùa trò cuûa N 2 : 2 px2 4 z,py2 2 s2 2 s2 )()()()(    Giaûi thích töø tính: Nhöõng chaát thuaän töø coù e ñoäc thaân (bò nam chaâm huùt), Ngöôïc laïi laø nhöõng chaát nghòch töø Ví duï thuaän töø coù: B 2 , O 2 HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 74 Giaûi thích maøu saéc caùc chaát voâ cô: Do caùc e khi bò kích thích seõ haáp thuï naêng löôïng töông öùng caùc tia vuøng aùnh saùng thaáy ñöôïc ñeå chuyeån leân orbital coù naêng löôïng cao. Ví duï: Iot coù maøu tím laø do e khi chuyeån töø orbital leân orbital haáp thuï naêng löôïng töông öùng tia vaøng luïc - vaøng ñeå laïi caùc tia xanh vaø ñoû 2 beân taïo ra maøu tím.  p5  x5 HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 75 •Caùc phaân töû 2 nguyeân töû khaùc loaïi cuûa caùc nguyeân toá CK II: Caùc phaân töû taïo thaønh töø 2 nguyeân töû cuûa 2 nguyeân toá ñaàu CK vaø cuoái CK (CO, CN, CN  , NO, NO + ) thì phaûi söû duïng sô ñoà caáu truùc e cuûa caùc nguyeân toá ñaàu CK. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 76 2.2.3. Phaân töû coäng hoùa trò vaø cöïc tính. Töï ñoïc ñeå hieåu ñöôïc caùc khaùi nieäm veà: - Phaân töû coäng hoùa trò coù cöïc vaø khoâng cöïc. - Löôõng cöïc, löôõng cöïc nhaát thôøi, löôõng cöïc caûm öùng. - Momen löôõng cöïc:  Ñaëc tröng cho ñoä coù cöïc cuûa lkeát vaø phaân töû.  Phuï thuoäc vaøo momen löôõng cöïc cuûa caùc lkeát vaø caëp e hoùa trò töï do, caáu taïo phaân töû.  Tính momen löôõng cöïc cuûa lkeát vaø phaân töû ñôn giaûn. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 77 2.3. LIEÂN KEÁT ION * Thuyeát tónh ñieän hieän ñaïi veà lieân keát ion: Söï taïo thaønh lieân keát ion bao goàm 2 quaù trình: -Quaù trình taïo thaønh caùc ion töø caùc nguyeân töû töông taùc. -Quaù trình huùt nhau baèng löïc huùt tónh ñieän giöõa caùc ion naøy. Ví duï: Na + Cl  Na+ + Cl  NaCl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 1s 2 2s 2 2p 6 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 Xem liên kết NaCl HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 78 * Naêng löôïng lieân keát ion: Naêng löôïng cuûa lieân keát ion trong phaân töû ion AB (k) taïo thaønh töø caùc nguyeân töû A(k) vaø B(k) (hoùa trò 1): A(k) = A + (k) + e + I A (1) B(k) + e = B  (k) + F B (2) A + (k) + B  (k) = AB(k) + E (3) Coäng caùc phöông trình (1), (2), (3) ñöôïc: A(k) + B(k) = AB(k) + I A + F B + E. Ñaët E AB = I A + F B + E thì E AB laø naêng löôïng taïo thaønh phaân töû ion AB (-E) = giaù trò naêng löôïng lieân keát ion AB (+E): HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 79 * Khaû naêng taïo lieân keát ion cuûa caùc nguyeân toá: Caùc nguyeân toá coù tính kim loaïi vaø phi kim loaïi caøng maïnh caøng deã taïo lieân keát ion vôùi nhau, ví duï kim loaïi kieàm vaø halogen. * Tính chaát lieân keát ion: Lieân keát ion coù 2 tính chaát ngöôïc lieân keát coäng hoùa trò: khoâng baõo hoøa vaø khoâng ñònh höôùng. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 80 * Söï phaân cöïc ion: Söï phaân cöïc ion laø söï chuyeån dòch ñaùm maây e ñoái vôùi haït nhaân cuûa moät ion döôùi taùc duïng cuûa ñieän tröôøng moät ion khaùc. Ion coù ñaùm maây e bò bieán daïng ñöôïc goïi laø ion bò phaân cöïc, noù ñöôïc ñaëc tröng baèng ñoä bò phaân cöïc Ion coù ñieän tröôøng taùc duïng ñöôïc goïi laø ion phaân cöïc, noù ñöôïc ñaëc tröng baèng ñoä phaân cöïc. + - HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 81 Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán ñoä bò phaân cöïc vaø ñoä phaân cöïc cuûa ion: ñieän tích, caáu hình e, kích thước. Khi ñieän tích vaø caáu hình e nhö nhau thì ñoä bò phaân cöïc cuûa ion taêng theo kích thöôùc ion. Ñoä bò phaân cöïc nhoû nhaát ôû nhöõng ion coù caáu hình khí trô s 2 p 6 , lôùn nhaát ñoái vôùi caùc ion coù caáu hình s 2 p 6 d 10 vaø trung gian laø caùc ion kim loaïi chuyeån tieáp. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 82 Ñoä phaân cöïc giaûm xuoáng theo chieàu taêng kích thöôùc ion. Khi ñieän tích taêng ñoä phaân cöïc cuûa ion taêng leân. Anion bò phaân cöïc, coøn cation gaây phaân cöïc. Aûnh höôûng lôùn ñeán nhieàu tính chaát caùc hôïp chaát ion: ñoä beàn, söï ñieän li, độ tan HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 83 2.4. LIEÂN KEÁT KIM LOAÏI * Thuyeát mieàn naêng löôïng veà lieân keát kim loaïi: - Ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa khoái kim loaïi laø maïng tinh theå: nhöõng ion döông ôû nuùt maïng vaø caùc e töï do (e hoùa trò bò böùt ra khoûi nguyeân töû) HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 84 e chuyeån ñoäng hoãn loaïn trong toaøn boä tinh theå kim loaïi taïo neân kieåu lieân keát ñaëc bieät cuûa kim loaïi: lieân keát raát nhieàu taâm. Video clip Video clip 2 HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 85 -Thuyeát mieàn naêng löôïng nghieân cöùu söï chuyeån ñoäng cuûa caùc e töï do naøy. Thöïc chaát laø aùp duïng phöông phaùp MO vaøo nghieân cöùu heä töông taùc chöùa soá nguyeân töû khoång loà. Khi caùc nguyeân töû trong tinh theå kim loaïi töông taùc vôùi nhau thì caùc AO cuûa chuùng seõ che phuû nhau taïo neân caùc mieàn naêng löôïng, chöùa caùc orbital mieàn naêng löôïng (töông töï nhö caùc AO, MO): HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 86  Töông öùng vôùi caùc traïng thaùi naêng löôïng s, p, d, f cuûa nguyeân töû trong tinh theå kim loaïi coù caùc mieàn naêng löôïng s, p, d, f Caùc mieàn naêng löôïng: Mieàn hoùa trò (chöùa caùc electron hoùa trò), Mieàn daãn (mieàn töï do naèm treân mieàn hoùa trò). Ñoái vôùi kim loaïi 2 mieàn naøy che phuû nhau, Chaát raén noùi chung coù theå che phuû hoaëc khoâng. Mieàn caám (mieàn e khoâng theå coù maët) Khoâng che phuû HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 87  Söï saép xeáp e vaøo caùc orbital mieàn naêng löôïng cuõng tuaân theo caùc quy luaät ñaõ bieát. Soá e toái ña treân moãi mieàn naêng löôïng nhö sau: 2N ñoái vôùi mieàn s, 6N ñoái vôùi mieàn p, 10N ñoái vôùi mieàn d, 14N ñoái vôùi mieàn f (N: soá nguyeân töû kim loaïi). * AÙp duïng thuyeát mieàn naêng löôïng giaûi thích caáu hình electron vaø tính chaát cuûa natri: HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 88 Caáu hình e hoùa trò 3s 1 cuûa Na: Mieàn hoùa trò chæ coù 1N e neân noù chæ môùi ñöôïc ñieàn ñaày moät nöûa. Moät nöûa mieàn coøn laïi töï do vaø ñoùng vai troø mieàn daãn. Khi kích thích nheï, ví duï taùc duïng leân kim loaïi moät ñieän tröôøng, caùc e hoùa trò deã daøng chuyeån leân nhöõng orbital coøn töï do theo höôùng cuûa ñieän tröôøng, theå hieän tính daãn ñieän. HOÙA ÑAÏI CÖÔNG nvhoa102@yahoo.com Chöông 2 89 2.5. LIEÂN KEÁT GIÖÕA CAÙC PHAÂN TÖÛ Töï ñoïc, ñeå hieåu veà caùc lieân keát: - Van der Walls: baûn chaát, caùc thaønh phaàn, naêng löôïng, öùng duïng thöïc teá. - Hyñro: baûn chaát, naêng löôïng, öùng duïng giaûi thích moät soá tính chaát caùc chaát. Video clip 1 Video clip 2