Chuong 2 lien ket hoa hoc compatibility mode

LIÊN KẾT HÓA HỌC GV: TS. Lê Tiến Khoa CHƯƠNG 2 Khái quát liên kết hóa học Tại sao phải có liên kết  Trạng thái tồn tại của vật chất: Phần lớn các cá thể đều có khuynh hướng tạo liên kết → an toàn hơn, hạnh phúc hơn Khái quát liên kết hóa học  Lực gắn kết các nguyên tử lại với nhau Khái niệm Hình thành do nguyên tử muốn đạt trạng thái bền có năng lượng thấp hơn Khái quát liên kết hóa học  Lực hút tĩnh điện  Một cách gần đúng: chỉ có các ehóa trị trong orbitalhóa trị tham gia tạo LK Bản chất của liên kết hóa học Cần xem xét cấu hình điện tử → ehóa trị và vân đạo hóa trị  Khi tạo LK, các e sẽ phân bố lại trong không gian tạo LK Các thông số của liên kết  Khoảng cách d (Å) cân bằng giữa hai hạt nhân của hai nguyên tử liên kết với nhau Độ dài liên kết d càng ngắn, liên kết càng bền  Góc tạo bởi hai đoạn thẳng tưởng tượng đi qua hạt nhân của nguyên tử đang xét với hai nguyên tửliên kết với nó Góc liên kết Các thông số của liên kết  Năng lượng E (kJmol, kcalmol) cần thiết để cắt đứt liên kết Năng lượng liên kết E càng lớn, liên kết càng bền  Số lượng liên kết được hình thành giữa hai nguyên tử đang xét Độ bội liên kết Độ bội càng lớn, liên kết càng ngắn, năng lượng liên kết càng lớn và liên kết càng bền Phân loại liên kết  Liên kết hóa học bao gồm 3 loại Phân loại • LK ion:  Cho electron → ion dương (cation)  Nhận electron → ion âm (anion) Đạt lớp vỏ giống khí hiếm • LK cộng hóa trị: góp chung electrong Đạt lớp vỏ giống khí hiếm • LK kim loại  Năng lượng liên kết: vài trăm kJmol LK mạnh Phân loại liên kết  Dựa vào sự chênh lệch độ âm điện của các nguyên tử tham gia liên kết Điều kiện hình thành liên kết • LK ion: chênh lệch độ âm điện lớn (∆Χ > 2,2) • LK cộng hóa trị: chênh lệch độ âm điện không lớn Không có ranh giới rõ ràng Phân loại liên kết  Dựa vào sự chênh lệch độ âm điện của các nguyên tử tham gia liên kết Điều kiện hình thành liên kết • LK cộng hóa trị thuần túy: không có sự chênh lệch độ âm điện • LK cộng hóa trị phân cực: chênh lệch độ âm điện không lớn Phân loại liên kết  Dựa vào thành phần nguyên tử tham gia liên kết Điều kiện hình thành liên kết • LK ion: kim loại (số oxh 1, phụ thuộc vào cấu hình điện tử của ion Mô hình liên kết ion  Năng lượng LK ion được tính cho cả mạng lưới → Năng lượng mạng lưới Cường độ của liên kết ion  Độ bền của LK ion càng lớn khi: • Điện tích ion q+ và q càng lớn (yếu tố quan trọng hơn) • Bán kính q+ và q càng nhỏ Sự phân cực  Sự phân cực: sự chuyển dịch đám mây đtử đối với hạt nhân của 1 ion dưới tác dụng điện trường của 1 ion khác Khái niệm • Ion bị phân cực: đám mây điện tử bị biến dạng • Ion phân cực: tạo ra điện trường gây biến dạng  Cation có bk nhỏ → ít bị phân cực  Anion có bk lớn → dễ bị phân cực Cation càng có tính phân cực, anion càng bị phân cực: tính cộng hóa trị của LK càng tăng Sự phân cực  Cation có tác dụng phân cực càng mạnh khi: Tác dụng phân cực của cation • Điện tích của cation càng lớn • Bán kính cation càng nhỏ • Cấu hình: d10 > d19 > khí hiếm (tác dụng phân cực ngược) Tác dụng phân cực của: Si4+ > Al3+ > Mg2+ > Na+ Sự phân cực  Anion bị phân cực càng mạnh khi: Tác dụng phân cực của anion • Điện tích của anion càng lớn • Bán kính anion càng lớn Mức độ bị phân cực của: I > Br > Cl > F TS. Lê Tiến Khoa LK CỘNG HÓA TRỊ Khái quát liên kết cộng hóa trị  Liên kết CHT được hình thành giữa những nguyên tử cùng một ngtố hay của hai ngtố có sự chênh lệnh nhỏ về độ âm điện Sự hình thành liên kết CHT • Đôi điện tử hóa trị của hai ngtử liên kết tập trung vào khu vực giữa hai hạt nhân Liên kết cộng hóa trị mang bản chất điện do điện tích âm của điện tử liên kết kéo 2 hạt nhân lại gần nhau Khái quát liên kết cộng hóa trị  Các nguyên tử sử dụng các orbital hóa trị để lai hóa → dùng các orbital lai hóa để xen phủ Quá trình hình thành liên kết CHT theo thuyết VB • Mức năng lượng của hai vân đạo liên kết gần nhau • Các vân đạo liên kết định hướng để xen phủ hiệu quả • Mật độ điện tử trong vùng xen phủ đủ lớn  Khi các orbital xen phủ, electron độc thân được ghép cặp → hình thành liên kết CHT • Liên kết σ: xen phủ trục • Liên kết π : xen phủ bên Liên kết σ bền hơn liên kết π vì mức độ xen phủ lớn hơn Khái quát liên kết cộng hóa trị  Hai tính chất đặc trưng: Các tính chất của liên kết CHT • Tính định hướng → tạo thành góc liên kết xác định đối với mỗi phân tử • Tính bão hòa → các nguyên tử thường có số phối trí thấp: 6, 4 và 3 Độ bền của LK cộng hóa trị  Độ bền của LK cộng hóa trị càng lớn khi • Hai vân đạo LK có năng lượng gần nha (đồng năng) • Độ xen phủ giữa hai vân đạo càng lớn • Mật độ điện tử trong vùng xen phủ càng lớn (mật độ) Quan trọng nhất LIÊN KẾT KIM LOẠI GV: TS. LÊ Tiến Khoa Mô hình liên kết kim loại cổ điển  Liên kết kim loại được thực hiện bằng các điện tử hóa trị được phóng thích từ các nguyên tử kim loại di chuyển tự do trong toàn khối kim loại tạo thành một đám mây điện tử liên kết các cation kim loại với nhau Khái niệm  Liên kết có cường độ mạnh  Tính bất định hướng  Tính bất bão hòa Tính chất Rõ ràng, dễ hiểu Giải thích được tính dẫn điện, nhiệt, tính dẻo, tính dễ kéo dài của KL  Không giải thích được tính bán dẫn, ánh kim… của KL Mô hình liên theo cơ học lượng tử  Liên kết trong kim loại là các liên kết cộng hóa trị đa tâm đa điện tử xuất hiện trong toàn hạt tinh thể kim loại  n vân đạo hóa trị của n nguyên tử kim loại AO trong hạt tinh thể sẽ tổ hợp lại với nhau tạo thành n2 MO liên kết và n2 MO phản liên kết Luận điểm Mô hình liên theo cơ học lượng tử  Sự tổ hợp này tạo thành các vùng năng lượng Lý thuyết vùng của kim loại  Các MO liên kết trong toàn hạt tinh thể tạo thành vùng dẫn cho phép các điện tử di chuyển tự do khiến cho các kim loại dẫn điện, dẫn nhiệt…  Chênh lệch E giữa các MOliên kết và MOphản liên kết giải thích được tính bán dẫn Mô hình liên theo cơ học lượng tử  Cơ học cổ điển: bản chất của liên kết kim loại là liên kết cộng hóa trị → liên kết kim loại phải có hai tính chất chính là định hướng và bão hòa  Tuy nhiên, do sự xen phủ của một lượng rất lớn các vân đạo hóa trị của các nguyên tử trong tinh thể khiến cho các điện tử hóa trị có thể di chuyển một cách tự do trong toàn tinh thể kim loại Tính chất của liên kết kim loại Liên kết kim loại theo lý thuyết cơ học lượng tử lại có tính bất định hướng và bất bão hòa

LIÊN KẾT HÓA HỌC

GV: TS Lê Tiến Khoa

CHƯƠNG 2

Khái quát liên kết hóa học

Tại sao phải có liên kết

 Trạng thái tồn tại của vật chất:

 Phần lớn các cá thể đều có khuynh hướng tạo

liên kết → an toàn hơn, hạnh phúc hơn

Khái quát liên kết hóa học

 Lực gắn kết các nguyên tử lại với nhau

Khái niệm

Hình thành do nguyên tử muốn đạt trạng thái bền có năng lượng thấp hơn

Khái quát liên kết hóa học

 Lực hút tĩnh điện

 Một cách gần đúng: chỉ có các ehóa trị trong orbitalhóa trị tham gia tạo LK

Bản chất của liên kết hóa học

Cần xem xét cấu hình điện tử → ehóa trị và vân đạo hóa trị

 Khi tạo LK, các e sẽ phân bố lại trong không gian tạo LK

Các thông số của liên kết

 Khoảng cách d (Å) cân bằng giữa hai hạt nhân của hai nguyên tử liên kết với nhau

Độ dài liên kết

d càng ngắn, liên kết càng bền

 Góc tạo bởi hai đoạn thẳng tưởng tượng đi qua hạt

nhân của nguyên tử đang xét với hai nguyên tửliên

kết với nó

Góc liên kết

Các thông số của liên kết

 Năng lượng E (kJ/mol, kcal/mol) cần thiết để cắt đứt liên kết

Năng lượng liên kết

E càng lớn, liên kết càng bền

 Số lượng liên kết được hình thành

giữa hai nguyên tử đang xét

Độ bội liên kết

Độ bội càng lớn, liên kết càng

ngắn, năng lượng liên kết

càng lớn và liên kết càng bền

Phân loại liên kết

 Liên kết hóa học bao gồm 3 loại

Phân loại

• LK ion:

 Cho electron → ion dương (cation)

 Nhận electron → ion âm (anion) Đạt lớp vỏ giống khí hiếm

• LK cộng hóa trị: góp chung electrong Đạt lớp vỏ giống khí hiếm

• LK kim loại

 Năng lượng liên kết: vài trăm kJ/mol LK mạnh

Phân loại liên kết

 Dựa vào sự chênh lệch độ âm điện của các nguyên tử tham gia liên kết

Điều kiện hình thành liên kết

• LK ion: chênh lệch độ âm điện lớn (∆Χ > 2,2)

• LK cộng hóa trị: chênh lệch độ âm điện không lớn

Không có ranh giới rõ ràng

Phân loại liên kết

 Dựa vào sự chênh lệch độ âm điện của các nguyên tử tham gia liên kết

Điều kiện hình thành liên kết

• LK cộng hóa trị thuần túy: không có sự chênh lệch độ âm điện

• LK cộng hóa trị phân cực: chênh lệch độ âm điện không lớn

Phân loại liên kết

 Dựa vào thành phần nguyên tử tham gia liên kết

Điều kiện hình thành liên kết

• LK ion: kim loại (số oxh <4) – phi kim

• LK cộng hóa trị: phi kim – phi kim / kim loại (số oxh ≥ 4) – phi kim

• LK kim loại: kim loại – kim loại

LIÊN KẾT ION

GV: TS Lê Tiến Khoa

Mô hình liên kết ion

 LK ion được hình thành khi: điện tử hóa trị

tham gia LK thuộc về ngtử có độ âm điện

cao hơn

Sự hình thành liên kết ion

• Ngtử cho e → ion dương (cation)

• Ngtử nhận e → ion âm (anion)

• Cation: điện tích điểm có q+ và r+

• Anion: điện tích điểm có q- và r

-LK bằng lực hút tĩnh điện

Mô hình liên kết ion

 BK của LK là LK tĩnh điện → 2 tính chất đặc trưng

Tính chất của liên kết ion

• Bất định hướng: hút ion ngược dấu theo mọi phương

• Bất bão hòa: hút ion ngược dấu với số lượng tối đa (trừ khi bị hiệu ứng lập thể)

Ion phân bố trong không gian phụ thuộc q và r của ion

Hợp chất ion tạo thành tinh thể ion, không tạo thành phân tử

Mô hình liên kết ion

 Năng lượng LK ion được tính cho cả mạng lưới → Năng lượng mạng lưới

Cường độ của liên kết ion

• k: hệ số tỉ lệ

• n: hệ số đẩy Born, n > 1, phụ thuộc vào cấu hình điện tử của ion

Mô hình liên kết ion

 Năng lượng LK ion được tính cho cả mạng lưới → Năng lượng mạng lưới

Cường độ của liên kết ion

 Độ bền của LK ion càng lớn khi:

• Điện tích ion q+ và q- càng lớn (yếu tố quan trọng hơn)

• Bán kính q+ và q- càng nhỏ

Sự phân cực

 Sự phân cực: sự chuyển dịch đám mây đtử đối với hạt nhân của 1 ion dưới tác dụng điện trường của 1 ion khác

Khái niệm

• Ion bị phân cực: đám mây điện tử bị biến dạng

• Ion phân cực: tạo ra điện trường gây biến dạng

 Cation có bk nhỏ → ít bị phân cực

 Anion có bk lớn → dễ bị phân cực

Cation càng có tính phân cực, anion càng bị

phân cực: tính cộng hóa trị của LK càng tăng

Sự phân cực

 Cation có tác dụng phân cực càng mạnh khi:

Tác dụng phân cực của cation

• Điện tích của cation càng lớn

• Bán kính cation càng nhỏ

• Cấu hình: d10 > d1-9 > [khí hiếm] (tác dụng phân cực ngược)

Tác dụng phân cực của: Si4+ > Al3+ > Mg2+ > Na+

Sự phân cực

 Anion bị phân cực càng mạnh khi:

Tác dụng phân cực của anion

• Điện tích của anion càng lớn

• Bán kính anion càng lớn

Mức độ bị phân cực của: I- > Br- > Cl- > F

-LK CỘNG HÓA TRỊ

TS Lê Tiến Khoa

Khái quát liên kết cộng hóa trị

 Liên kết CHT được hình thành giữa những

nguyên tử cùng một ngtố hay của hai ngtố

có sự chênh lệnh nhỏ về độ âm điện

Sự hình thành liên kết CHT

• Đôi điện tử hóa trị của hai ngtử liên kết

tập trung vào khu vực giữa hai hạt nhân

Liên kết cộng hóa trị mang bản chất

điện do điện tích âm của điện tử liên

kết kéo 2 hạt nhân lại gần nhau

Khái quát liên kết cộng hóa trị

 Các nguyên tử sử dụng các orbital hóa trị để lai hóa → dùng các orbital lai hóa để xen phủ

Quá trình hình thành liên kết CHT theo thuyết VB

• Mức năng lượng của hai vân đạo liên kết gần nhau

• Các vân đạo liên kết định hướng để xen phủ hiệu quả

• Mật độ điện tử trong vùng xen phủ đủ lớn

 Khi các orbital xen phủ, electron độc thân được ghép cặp → hình thành liên kết CHT

• Liên kết σ: xen phủ trục

• Liên kết π : xen phủ bên

Liên kết σ bền hơn liên kết π vì mức độ xen phủ lớn hơn

Khái quát liên kết cộng hóa trị

 Hai tính chất đặc trưng:

Các tính chất của liên kết CHT

• Tính định hướng → tạo thành góc liên kết xác định đối với mỗi phân tử

• Tính bão hòa → các nguyên tử thường có số phối trí thấp: 6, 4 và 3

Độ bền của LK cộng hóa trị

 Độ bền của LK cộng hóa trị càng lớn khi

• Hai vân đạo LK có năng lượng gần nha (đồng năng)

• Độ xen phủ giữa hai vân đạo càng lớn

• Mật độ điện tử trong vùng xen phủ càng lớn (mật độ) Quan trọng nhất

LIÊN KẾT KIM LOẠI

GV: TS LÊ Tiến Khoa

Mô hình liên kết kim loại cổ điển

 Liên kết kim loại được thực hiện bằng các điện tử hóa trị được phóng thích

từ các nguyên tử kim loại di chuyển tự do trong toàn khối kim loại tạo thành

một đám mây điện tử liên kết các cation kim loại với nhau

 Không giải thích được tính bán dẫn, ánh kim… của KL

Mô hình liên theo cơ học lượng tử

 Liên kết trong kim loại là các liên kết cộng hóa trị đa tâm đa điện tử xuất

hiện trong toàn hạt tinh thể kim loại

 n vân đạo hóa trị của n nguyên tử kim loại AO trong hạt tinh thể sẽ tổ hợp lại với nhau tạo thành n/2 MO liên kết và n/2 MO phản liên kết

Luận điểm

Mô hình liên theo cơ học lượng tử

 Sự tổ hợp này tạo thành các vùng năng lượng

Lý thuyết vùng của kim loại

 Các MO liên kết trong toàn hạt tinh thể tạo thành vùng dẫn cho phép các

điện tử di chuyển tự do khiến cho các kim loại dẫn điện, dẫn nhiệt…

 Chênh lệch E giữa các MOliên kết và MOphản liên kết giải thích được tính bán dẫn

Mô hình liên theo cơ học lượng tử

 Cơ học cổ điển: bản chất của liên kết kim loại là liên kết cộng hóa trị → liên

kết kim loại phải có hai tính chất chính là định hướng và bão hòa

 Tuy nhiên, do sự xen phủ của một lượng rất lớn các vân đạo hóa trị của các nguyên tử trong tinh thể khiến cho các điện tử hóa trị có thể di chuyển một

cách tự do trong toàn tinh thể kim loại

Tính chất của liên kết kim loại

Liên kết kim loại theo lý thuyết cơ học lượng tử lại có tính bất định hướng

và bất bão hòa