LIÊN KẾT HÓA HỌC VÀ CẤU TẠO PHÂN TỬ

LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ LIÊN KẾT ION LIÊN KẾT KIM LOẠI LIÊN KẾT VAN DER WAALS LIÊN KẾT HYDROLIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ LIÊN KẾT ION LIÊN KẾT KIM LOẠI LIÊN KẾT VAN DER WAALS LIÊN KẾT HYDROLIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ LIÊN KẾT ION LIÊN KẾT KIM LOẠI LIÊN KẾT VAN DER WAALS LIÊN KẾT HYDRO

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ LIÊN KẾT HÓA HỌC

LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ

LIÊN KẾT ION

LIÊN KẾT KIM LOẠI

LIÊN KẾT VAN DER WAALS

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ LIÊN KẾT HÓA HỌC

 Một số đặc trưng liên kết

 Bản chất của liên kết

 Các loại liên kết

Một số đặc trưng liên kết

Độ dài liên kết

Góc hóa trị

Bậc liên kết

Năng lượng liên kết

Đường cong thế năng

Đường cong thế năng

Độ bền liên kết Elk=436kJ/mol Chiều dài liên kết d(H2)= 74pm

Độ dài liên kết ( Bond

Length)

• Là kho ng cách gi a hai h t nhân cu hai nguyên t t o liên k t Là kho ng cách gi a hai h t nhân cu hai nguyên t t o liên k t ả ả ữ ữ ạ ạ ả ả ử ạ ử ạ ế ế

Chi u dài liên k t ph thu c vào ề ế ụ ộ

Chi u dài liên k t ph thu c vào ề ế ụ ộ

bán kính nguyên t t o liên k t ử ạ ế

H—F

H—Cl

Chi u dài liên k t ph thu c vào Chi u dài liên k t ph thu c vào ề ề ế ế ụ ụ ộ ộ

b c liên k t ậ ế

b c liên k t ậ ế

Năng lượng liên kết

H

2 (k) H(k) + H(k) Δ H= E

lk

Bậc liên kết

• Là s liên k t t o thành gi a hai nguyên t tham gia liên k t Là s liên k t t o thành gi a hai nguyên t tham gia liên k t ố ố ế ạ ế ạ ữ ữ ử ử ế ế

Single bond Double bond

Góc hóa trị (AB n n≥2 )

Liên k t Liên k t ế ế B c lk B c lk ậ ậ Chi u dài lk E Chi u dài lk E ề ề lk

Các loại liên kết

• Liên k t c ng hoá tr theo c h c l Liên k t c ng hoá tr theo c h c l ế ế ộ ộ ị ị ơ ọ ượ ơ ọ ượ ng t ng t ử ử

• Liên k t ion Liên k t ion ế ế

• Liên k t kim lo i Liên k t kim lo i ế ế ạ ạ

• Liên k t Vanderwaals Liên k t Vanderwaals ế ế

• Liên k t Hydro Liên k t Hydro ế ế

LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ THEO

CƠ HỌC LƯỢNG TỬ

MOLECULAR ORBITAL THEORY —

Robert Mullikan (1896-1986)

THUY T MO THUY T MO Ế Ế

Two Theories of Bonding

Phương pháp orbital phân tử (MO)

Two Theories of Bonding

• VALENCE BOND THEORY VALENCE BOND THEORY — Linus Pauling

THUY T VB THUY T VB Ế Ế

Phương pháp liên kết hóa trị (VB) Phương pháp liên kết hóa trị (VB)

Quan ni m v liên k t c ng hóa tr theo ph ệ ề ế ộ ị ươ ng pháp VB

Quan ni m v liên k t c ng hóa tr theo ph ệ ề ế ộ ị ươ ng pháp VB

Các lo i liên k t c ng hóa tr và b c liên k t ạ ế ộ ị ậ ế

Các lo i liên k t c ng hóa tr và b c liên k t ạ ế ộ ị ậ ế

Các tính ch t c a liên k t c ng hóa tr ấ ủ ế ộ ị

Các tính ch t c a liên k t c ng hóa tr ấ ủ ế ộ ị

1 2

Phương trình sóng Schrodinger:

Khi 2 ngtử H ở xa nhau đủ để cho sự tương tác chưa xảy ra

Hàm sóng mô tả chuyển động đồng thời cuả hai electron

Bài toán phân tử H2

h

m

8 z

y

2 2

2 2

2 2

2

= Ψ

−

π +

∂

Ψ

∂ +

∂

Ψ

∂ +

∂

Ψ

∂

2b

2

1b

2

2a

2

1a

212

2ab

2

r

e r

e r

e r

e r

e r

e

V = + − − − −

1 a

r 1

( a 1 b 2 a 2 b 1 ) A

Ψ

Luận điểm cơ bản cuả thuyết VB

 Lk cht cơ sở trên cặp e ↑↓(pp cặp e định chỗ - lk 2e 2tâm)

 Lk cht được hình thành do sự che phủ của các AO hóa trị (che phủ dương )

Luận điểm cơ bản cuả thuyết VB

Điều kiện tạo lk cht bền:

Các AO có năng lượng xấp xỉ nhau

 Liên kết càng bền khi mật độ che phủ của các

AO càng lớn

 Biểu diễn lk cht như sau H : H hoặc H – H

Cơ chế ghép đôi (góp chung): +

→ Khả năng tạo lk được quyết định bởi số AO hóa trị chứa e độc thân

•Chú ý: số e độc thân có thể tăng lên nhờ kích thích nguyên tử C C*

Sự di chuyển điện tử trong quá trình kích thích

thường xảy ra trong cùng một lớp.

→ Khả năng tạo liên kết cht (theo cả hai cơ chế) được quyết định bởi số AO hóa trị của nguyên tố :

- Các nguyên tố chu kỳ I có 1 AO hóa trị → tạo tối đa 1 lk cht

- Các nguyên tố chu kỳ II có 4 AO hóa trị → tạo tối đa 4 lk cht

- Các nguyên tố chu kỳ III có 9 AO hóa trị → tạo tối đa 9 lk cht

 Liên kết cộng hóa trị có tính bão hòa

Tính chất của liên kết cộng hóa trị

 Tính bão hòa

s liên k t CHTc c s liên k t CHTc c ố ố ế ế ự đạ ự đạ i = i = s AO hóa tr s AO hóa tr ố ố ị ị c a nguyên t c a nguyên t ủ ủ ố ố

 Tính định hướng

 Tính có cực và không cực

Sự phân cực của liên kết cộng hoá trị

S phân c c cu lk c ng hóa tr ự ự ả ộ ị

S phân c c cu lk c ng hóa tr ự ự ả ộ ị

Liên k t nào phân c c m nh h n? ế ự ạ ơ

Liên k t nào phân c c m nh h n? ế ự ạ ơ

χ 3.5 - 2.1 3.5 - 4.0

OH phân c c m nh h n OF OH phân c c m nh h n OF ự ự ạ ạ ơ ơ

S phân c c ng ự ự ượ c chi u ề

S phân c c ng ự ự ượ c chi u ề

Các loại liên kết cộng hóa trị và bậc liên kết

Liên kết Sigma ( σ )

– Các AO che phủ dọc theo trục liên kết

– Nhận trục liên kết làm trục đối xứng.

– Liên kết σ không làm cản trở sự quay tự

do cuả các nguyên tử quanh trục liên kết

– Độ bền σ(ns-ns) < σ(ns-np) < σ(np-np)

Sự hình thành liên kết σ

Two s orbitals overlap

Two p orbitals overlap

Liên kết π

• Các nguyên t thu c chu k 2 có kh n ng t o lk Các nguyên t thu c chu k 2 có kh n ng t o lk ử ử ộ ộ ỳ ỳ ả ă ả ă ạ ạ πp-p

• Các nguyên t thu c chu k 3 tr i ch có kh n ng hình thành liên k t Các nguyên t thu c chu k 3 tr i ch có kh n ng hình thành liên k t ố ố ộ ộ ỳ ỳ ở đ ở đ ỉ ỉ ả ă ả ă ế ế πp-d ho c ho c ặ ặ πd-d

• S liên k t S liên k t ố ố ế ế π(ghép ôi)= (s oxh) (ghép ôi)= (s oxh) đ đ ố ố

nttt – s lk – s lk ố ố σ

Liên kết đơn

Liên k t Liên k t ế đơ ế đơ n luôn luôn là liên k t n luôn luôn là liên k t ế ế σ

Liên kết bội

Trong liên k t b i thì s có ế ộ ẽ

Trong liên k t b i thì s có ế ộ ẽ 1 liên k t 1 liên k t ế ế σ ph n còn l i s là ph n còn l i s là ầ ầ ạ ẽ ạ ẽ các liên k t các liên k t ế ế π

Liên kết π không định chỗ

c p electron liên k t không thu c h n v m t c p nguyên t nào c mà phân b c p electron liên k t không thu c h n v m t c p nguyên t nào c mà phân b ặ ặ ế ế ộ ộ ẳ ẳ ề ề ộ ộ ặ ặ ử ử ả ả ố ố

ng u cho m t s h t nhân nguyên t k c n.

đồ ng đề u cho m t s h t nhân nguyên t k c n ộ ố ạ ử ế ậ

Liên kết δ

Liên k t Liên k t ế ế δ đượ đượ c t o thành khi hai AOd che ph b ng t t c b n cánh c t o thành khi hai AOd che ph b ng t t c b n cánh ạ ạ ủ ằ ủ ằ ấ ấ ả ố ả ố .

Liên k t ế

Liên k t ế δ th th ườ ườ ng g p trong ph c ch t c a kim lo i chuy n ti p ho c m t s h p ng g p trong ph c ch t c a kim lo i chuy n ti p ho c m t s h p ặ ặ ứ ứ ấ ấ ủ ủ ạ ạ ể ể ế ế ặ ặ ộ ộ ố ợ ố ợ

ch t c a các nguyên t thu c chu k 3 ấ ủ ố ộ ỳ

ch t c a các nguyên t thu c chu k 3 ấ ủ ố ộ ỳ .

The d orbitals of the delta bond

Bậc liên kết

B c liên k t = 1+s lk ậ ế ố

B c liên k t = 1+s lk ậ ế ố πdc +s lk +s lk ố ố πkdc /s c pngt /s c pngt ố ặ ố ặ ử ử

B c liên k t có th là s l khi có m t liên k t ậ ế ể ố ẽ ặ ế

B c liên k t có th là s l khi có m t liên k t ậ ế ể ố ẽ ặ ế π không nh ch không nh ch đị đị ỗ ỗ

Bonding in H 2 S

Vì sao góc hóa trị không là 90 0 ?

THUYẾT SỨC ĐẨY CẶP ĐIỆN TỬ HÓA TRỊ

Valence shell electron pair repulsion(VSEPR )

• Trong phân t c ng hoá tr AB Trong phân t c ng hoá tr AB ử ộ ử ộ ị ị

n các c p i n t hóa tr liên k t ( các c p i n t hóa tr liên k t ( ặ đ ệ ặ đ ệ ử ử ị ị ế ế σ ) và c p i n ) và c p i n ặ đ ệ ặ đ ệ

t hoá tr t do cu A (n u có) ph i xa nhau m c t i a sao cho l c ử ị ự ả ế ả ở ứ ố đ ự đẩ y gi a ữ

t hoá tr t do cu A (n u có) ph i xa nhau m c t i a sao cho l c ử ị ự ả ế ả ở ứ ố đ ự đẩ y gi a ữ

các c p electron ó có giá tr nh nh t ặ đ ị ỏ ấ

các c p electron ó có giá tr nh nh t ặ đ ị ỏ ấ

Định hướng trong không gian cuả các cặp e liên kết(σ) hoặc e tự do quanh A

2 charge clouds,

linear

3 charge clouds, trigonal planar

4 charge clouds, tetrahedral

5 charge clouds, trigonal bipyramidal

6 charge clouds, Octahedral

 Số cặp e quanh A sẽ quyết định

trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm A

Lai hóa là gì ?

s,p,d,f trong nội bộ nguyên tử đem pha trộn (tổ hợp tuyến tính) với nhau để tạo

sẽ tham gia tạo lkσ với B hoặc chứa điện

tử tự do của A.

Đặc điểm các AO lai hóa

S c p e(td+lk S c p e(td+lk ố ặ ố ặ σ )quanh A =S AO tham gia lai hoá =s AO lai hoá =S AO tham gia lai hoá =s AO lai hoá ố ố ố ố

AB

2 , s c p e quanh A = 2 s c p e quanh A = 2 ố ặ ố ặ → → A lai hóa sp , 2AO lh sp A lai hóa sp , 2AO lh sp

 Phân bố đối xứng với nhau trong không gian

 Các AO lai hoá có mức năng lượng bằng nhau

Các AO lai hóa có kích thước hình dạng giống

nhau, mật độ electron dồn về một phía.

→ Các AO lai hóa cuả A tạo lkσ với B bền hơn

so với AO không lai hóa

 Điều kiện để lai hóa bền

• Năng lượng của các AO tham gia lai hóa xấp xỉ nhau

• Mật độ e của các AO tham gia lai hóa đủ lớn

• Mức độ che phủ cuả các AO phải cao

Trong một chu kỳ: ∆ Ens - np ↑ nên khả năng Lai Hóa ↓

Li Be B C N O F Ne

Trong một phân nhóm chính: r ↑ → khả năng LH ↓

LAI HOÁ SP

Lai hóa sp

Lai hóa sp 2

Số cặp e quanh A= 3 → A ở trạng thái lai hóa SP2

AB 3 ,AB 2 E - góc hóa trị 120 0

trigonal planar

LAI HÓA SP 2

Lai hóa sp 2

Lai hóa sp 3

Số cặp e quanh A= 4 → A ở trạng thái lai hóa SP3

AB 4 , AB 3 E, AB 2 E 2 - góc hóa trị 109 0 28 ’

tetrahedral

LAI HÓA SP 3

NH 3

Ảnh hưởng của cặp điện tử tự do

AB 5

trigonal bipyramidal

Lai hoá sp 3 d

Lai hoá sp 3 d

PF 5 P [Ne] 3s23p33d0 → P* [Ne] 3s23p33d1

AB 6 Lai hóa sp 3 d 2

octahedral

Lai hóa sp 3 d 2

Lai hoá sp 3 d 2

SF 6

S: [Ne] 3s23p4 → S* :[Ne] 3S13p33d2

VSEPR

trigonal bipyramidal octahedral

Cl Be Cl BF

Loại ptử

Số cặp e liên kết

Số cặpe

tự do Sự định hướng

của cặp e

Hình học phân tử

VSEPR

phẳng

Tam giác phẳng

AB2E 2 1 Tam giác

phẳng góc

Loại p tử

Số cặp Electron Liên kết

Số cặp Electron

Tự do

Sự định hướng Các cặp e

Hình học Phân tử

Loại ptử

Số cặp Electron Liên kết

Số cặp Electron

Tự do

Sự địnhhướng Các cặp e

Hình học Phân tử

Loại ptử

Số cặp Electron Liên kết

Số cặp Electron

Tự do

Sự định hướng Các cặp e

Hình học Phân tử

VSEPR

AB5 5 0 Lưỡng tháp

Tam giác

Lưỡng tháp Tam giác

AB4E 4 1 Lưỡng tháp tam giác Tứ diện

Lệch

Loại p tử

Số cặp Electron Liên kết

Số cặp Electron

Tự do

Sự định hướng Các cặp e

Hình học Phân tử

VSEPR

AB5 5 0 Lưỡng tháp

Tam giác

Lưỡng tháp Tam giác

AB4E 4 1 Lưỡngtháp

tam giác

Tứ diện Lệch

AB3E2 3 2 Lưỡng tháp

Tam giác Chữ T

F

Loại ph tử

Số cặp Electron Liên kết

Số cặp Electron

Tự do

Sự định hướng Các cặp e

Hình học phân tử

VSEPR

AB5 5 0 Lưỡngtháp

Tam giác

Lưỡng tháp Tam giác

AB4E 4 1 Lưỡngtháp

Tam giác

Tứ diện Lệch

Loại ph tử

Số cặp Electron Liên kết

Số cặp Electron

Tự do

Sự định hướng Các cặp e

Hình học Phân tử

Loại ph tử

Số cặp Electron Liên kết

Số cặp Electron

Tự do

Sự định hướng Các cặp e

Hình học phân tử

C 2 H 4

H 2 C=CH 2

C 2 H 4

C 2 H 2

HC≡CH

C 2 H 2

EOS

Liên kết π không định chỗ C 6 H 6

Bậc liên kết C-C = 1+3/6=1,5

Tính chất điện cuả phân tử

• S nh h S nh h ự đị ự đị ướ ướ ng cu các phân t có c c trong i n tr ng cu các phân t có c c trong i n tr ả ả ử ử ự ự đ ệ đ ệ ườ ườ ng ng

T i sao các h p ch t ion tan ạ ợ ấ đượ c

T i sao các h p ch t ion tan ạ ợ ấ đượ c

= -161 ˚C

Tại sao nước và metan có

nhiệt độ sôi rất khác

biệt nhau?

Phân tử cht có cực và không cực

Momen lưỡng cực và phân tử cht có cực

electron rich region

electron poor region

δ+ δ−

Momen lưỡng cực µ = δ x l

δ Điện tích [đơn vị tĩnh điện]

l khoảng cách giữa hai điện tích[cm]

Momen lưỡng cực phân tử

+ δ - δ

• Momen l Momen l ưỡ ưỡ ng c c cu phân t là t ng vect momen l ng c c cu phân t là t ng vect momen l ự ự ả ả ử ử ổ ổ ơ ơ ưỡ ưỡ ng c c cu các liên ng c c cu các liên ự ự ả ả

k t và c p electron hoá tr t do trong các AO lai hóa có trong phân t ế ặ ị ự ử

k t và c p electron hoá tr t do trong các AO lai hóa có trong phân t ế ặ ị ự ử

Phân tử cht nào có cực và không có

Trong số các phân tử sau đây, phân tử nào có momen lưỡng cực?

H

H H

Không có momen lưỡng cực

Phân tử không cực

Một phân tử cộng hóa trị có cực khi

liên k t c ng hóa tr có c c liên k t c ng hóa tr có c c ế ế ộ ộ ị ị ự ự

c u ta phân t không c u ta phân t không ấ ấ ọ ọ ử ử đố ứ đố ứ i x ng i x ng

Tất cả các phân tử cht này đều không cực

Có cực hay không cực?

BF

3 , Cl 2 CO, và NH 3 .

HBF 2

B bị phân cực dương

nhưng H & F

bị phân cực âm.

H

B

CH 2 Cl 2 có

momen

lưỡng cực

hay không ?

CH 4 … CCl 4

Có cực hay không cực?

• Liên k t C—F phân c c m nh h n liên k t C—H Liên k t C—F phân c c m nh h n liên k t C—H ế ế ự ự ạ ạ ơ ơ ế ế

• Do c hai liên k t C—F cùng m t phía , Do c hai liên k t C—F cùng m t phía , ả ả ế ế ở ở ộ ộ phân t có c c phân t có c c ử ử ự ự

• Liên k t C—F phân c c m nh h n liên k t Liên k t C—F phân c c m nh h n liên k t ế ế ự ự ạ ạ ơ ơ ế ế C—H

Dipole Moments

Momen lưỡng cực

Tính chất từ của phân tử

- chất thuận từ (Paramagnetic) : chất có