liên kết hóa học

liên kết hóa học

VI.LIÊN KẾT VAN DER WAALS

B CẤU TẠO PHÂN TỬ

I.ĐỘ PHÂN CỰC CỦA PHÂN TỬ

II.SỰ PHÂN CỰC HÓA PHÂN TỬ VÀ ION

A LIÊN KẾT HĨA HỌC

I CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA LIÊN KẾT HĨA HỌC

 Năng lượng liên kết

Là năng lượng được giải phĩng khi hình thành một liên kết cộng hĩa

trị từ 2 nguyên tử tự do ở trạng thái khí

VD: EH-H = -414,4 kJ/mol Đối với phân tử nhiều nguyên tử người ta hay lấy Elk trung bình

VD: EC-H (trong CH4) = -1649x1/4 = - 412kJ/mol Năng lượng liên kết trong phân tử = tổng năng lượng của các lk trong phân tử

II LIÊN KẾT ION

Hình ảnh tạo liên kết ion

LK ion xảy ra giữa các nguyên tử của các nguyên

tố có độ âm điện khác nhau nhiều (∆ χ ≥ 2),

thường giữa kim loại điển hình và phi kim điển hình.

VD: Mg + Cl2 → Mg2+ + 2Cl- → MgCl2

Hóa trị của lk ion được tính bằng số e hóa trị mà nguyên tử nhường ra hay thu vào

VD:NaCl thì cả Na và Cl đều có hóa trị 1.

Đặc điểm của lk ion:

 Không có tính bão hòa

Không có tính định hướng

 Lk ion là lk bền, Năng lượng phá vỡ lk lớn, các phân tử thường tồn tại ở trạng thái rắn.

III LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ

1 Thuyết electron về hóa trị, sơ đồ Lewis

a Sơ đồ cơ bản của lk cộng hóa trị:

•Sơ đồ thuần túy: Mỗi lk được tạo thành do sự ghép chung 1e độc thân của 2 ng tử tham gia lk

VD: H-H, H-Cl| H

•Sơ đồ phối tử: H – N → H +

H

→ Điều kiện tạo lk cộng hóa trị: 2 ng tử đều có e độc thân (hoặc 1 ng

tử có AO trống, 1 ng tử có cặp e hóa trị chưa tham gia lk – lk cho

c Hạn chế của thuyết e về hóa trị

• Với các chất có lk bội, có khi phải dùng nhiều cấu

trúc giới hạn không có thực để mô tả một cách nặng

nề các phân tử

• Không giải thích và tiên đoán được cấu trúc hình học của phân tử, sự khác nhau về lk ϭ và lk π

• Không giải thích được 4 lk đơn như nhau trong CH4

• Không giải thích được trong phân tử H2+ lk chỉ đảm

2 Thuyết liên kết hóa trị (V,B), (phương pháp cặp e liên kết)

a Bài toán phân tử H2

•Lk giữa 2 ng tử H được hình thành khi 2e của 2 ng tử H có ms trái dấu, tức là: ms =-1/2 hoặc ms=+ ½ Khi đó năng lượng của Phân tử H2 thấp hơn tổng năng lượng của 2 ng tử H cô lập

•Có sự xen phủ của 2 mây e hóa trị vì 2rH = 2.0,529A 0 , còn r0 = 0,74A 0

b Một số tiên đề cơ bản của phương pháp VB:

1 Liên kết cộng hóa trị tạo thành do 2 electron độc thân

có spin ngược chiều nhau.

2 Sự xen phủ của 2 orbital nguyên tử tham gia liên kết

càng nhiều thì liên kết càng bền.

3 Liên kết được phân bố theo phương tại đó sự xen phủ

lẫn nhau giữa các orbital nguyên tử tham gia liên kết là lớn nhất T đ ừ đĩ xác định được lk xích ma và lk pi

Do đĩ liên kết cộng hĩa trị là lk cĩ hướng, nhờ vậy xác định

được cấu trúc hình học của phân tử và ion.

Điều kiện tạo lk cht bền:

 Các AO có năng lượng xấp xỉ nhau

 Các AO có mật độ e đủ lớn

 Các AO có cùng tính định hướng

c Hóa trị của nguyên tố trong lk cộng hóa trị theo phương pháp V.B

• Hóa trị (cộng hóa trị) = số e độc thân (cả tt cơ bản hay kích thích)

• VD: N hóa trị 3, S hóa trị 2, 4, 6, P có hóa trị 3, 5

• Mỗi hóa trị có thể tham gia tạo 1 lk (phân biệt hóa trị và số oxi hóa)

d Liên kết cho – nhận

• Đk: 1 ng tử có AO trống, 1 ng tử có cặp e hóa trị chưa tham gia lk

• VD: NH4+, SO2,…

e Tính định hướng của liên kết cộng hĩa trị

Các kiểu liên kết cộng hóa trị:

Liên kết σ: Mối

xen phủ dọc trục

nối 2 hạt nhân

nguyên tử liên

kết

Liên kết π: Mối

xen phủ không

nằm trên mà nằm

đối xứng trục nối 2

hạt nhân nguyên

tử liên kết

f Thuyết lai hóa:

Điều kiện ra đời của thuyết lai hĩa

- Sự giống nhau của 4 liên kết C-H trong CH4

- Gi i thích c u trả ấ úc hình học của các phân tử

Các giả thuyết của thuyết lai hóa do Pauling và Slater đưa ra (1931) là:

 Nguyên tử trung tâm A dùng các orbital nguyên tử

lai hóa để tạo liên kết chứ không dùng các orbital nguyên tử thuần tuý

 Số orbital lai hóa tạo thành bằng với số orbital

nguyên tử dùng để lai hóa

 Hình dạng của các orbital lai

hóa giống nhau và có dạng

 Các orbital lai hóa có mức năng

lượng bằng nhau và trung gian giữa các mức năng lượng của các orbital nguyên tử tham gia lai hóa

 Các đôi điện tử hóa trị của

nguyên tử đang xét và các điện tử dùng chung sắp xếp trên các orbital nguyên tử lai hóa này cũng tuân theo các quy tắc sắp xếp electron của nguyên tử

LAI

HÓA

sp

ư

Phân tử BeCl2

Lai hoá sp2

Phân tử BCl3

Lai hoá sp3

Lai hoá sp3d

Kiểu

lai hóa Các OA lai hóa Góc hóa trị Hình vẽ Dạng phân tử Thí dụ

sp 180 Đường thẳng BeH2, CO2

2–

Góc H2O, OF2, ClO2–

 Thuyết lai hóa:

Dự đóan lai hóa của nguyên tử trung tâm

Các kiểu lai hĩa của nguyên tử trung tâm và cấu trúc hình học của phân tử

•Kiểu lai hĩa: sp, sp 2 , sp 3 , d 2 sp 3 ,

•Cách xác định kiểu lai hĩa :

Tính số AO lai hĩa (n) = Số lk ϭ + số cặp e hĩa trị chưa lk của ng tử

trung tâm

n = 4, ng tử trung tâm cĩ lai hĩa sp 3 Cấu trúc hình học:

•AB4(CH4…) : Tứ diện đều

•AB3(NH3…) : Tháp tam giác

•AB2(H2O…) : chữ V

n = 3, ng tử trung tâm cĩ lai hĩa sp 2

•AB3(BF3…) : tam giác đều

•AB2(SO2…) : chữ V

n = 2, ng tử trung tâm cĩ lai hĩa sp, cấu trúc hình học phân tử là đường thẳng

Dự đoán cấu hình không gian của phân tử

Hiệu ứng đẩy của ↑↓ tự do > của ↓↑ LK > của ↑ →

phân tử càng có nhiều ↓↑ lk, góc lk càng bị thu hẹp

Nếu χA < χB: Đám mây e nằm lệch về phía B hơn → góc dễ bị thu hẹp hơn

Nếu χA > χB: Đám mây e nằm lệch về phía A hơn → góc khó bị thu hẹp hơn

 Thuyết lai hóa:

Để trạng thái lai hóa bền phải thoả mãn các điều kiện sau

Các orbital nguyên tử tham gia tổ hợp phải có năng

lượng xấp xỉ nhau

Mật độ mây electron của các orbital nguyên tử tham gia lai hóa phải khá lớn

Mức độ xen phủ của orbital nguyên tử lai hoá với các

orbital của nguyên tử tham gia liên kết phải đủ lớn để liên kết hóa học hình thành đủ bền để tồn tại

Thí dụ: - Trong một chu kỳ, từ trái qua phải: bán kính

nguyên tử tăng, số electron lớp ngoài cùng tăng, chênh lệch năng lượng giữa ns và np tăng→ khả năng tham gia lai hóa giảm

∆ E2s–2p(eV) 1,9 2,8 5,7 8,1 11,4 18,9 22,6 26,8

- Trong một phân nhóm chính từ trên xuống dưới: bán kính nguyên tử tăng, số electron ngoài cùng không đổi → mật độ electron giảm → khả năng tham gia lai hóa giảm.

Thuyết lai hóa:

Ưu điểm của phương pháp VB:

Giải quyết đựơc một số vấn đề của liên kết cộng

hóa trị như:

 Khả năng tạo liên kết

 Các đặc trưng của liên kết.

 Giải thích được cấu trúc và tính chất của

nhiều phân tử.

 Dễ hình dung

Nhược điểm của phương pháp VB:

Chưa được tổng quát, có những hiện tượng thực

nghiệm không thể giải thích được bằng phương pháp này như tính thuận từ của một số phân tử, sự tồn tại

một số chất

σ σ

sp

BLK = 3/1 = 3

BLK = 3/2 = 1,5