Chương III: Liên Kết Hóa Học

Các khuynh hướng tạo liên kết hoá học 1.. Electron hoá trị Electron hoá trị là electron có khả nă ng tham gia tạ o liên kế t hoá họ c Cá c nguyên tố nhó m A có số electron hoá trị bằ

Chươ ng III : liên kết hoá học!

I Phân tử và liên kết hóa học

Phâ n tử là hạ t vi mô đ ạ i diệ n cho chấ t và mang đ ầ y đ ủ tí nh chấ t hoá họ c của chấ t Trong

tự nhiên ngoà i cá c khí hiế m tồ n tạ i ở trạ ng thá i phâ n tử mộ t nguyên tử , nguyên tử của cá c nguyên tố khá c luô n có xu hư ớ ng kế t hợ p vớ i nhau đ ể tạ o tạ o ra phâ n tử có hai hay nhiều nguyên tử Sự kế t hợ p nà y nhằ m đ ạ t đ ế n cấ u trú c mớ i bền vữ ng hơ n, có nă ng lư ợ ng thấ p hơ n

Ngư ờ i ta gọ i sự kế t hợ p giữa cá c nguyên tử là liên kế t hoá họ c và như vậ y theo quan đ iể m

hiệ n nay phâ n tử gồ m mộ t số có giớ i hạ n cá c hạ t nhâ n nguyên tử và cá c electron tư ơ ng tá c vớ i

nhau và đ ư ợ c phâ n bố mộ t cá ch xá c đ ịnh trong khô ng gian tạ o thà nh mộ t cấ u trú c bền vữ ng

Trong giá o trì nh nà y, lí thuyế t tổng quan về cá c loạ i liên kế t hó a họ c đ ư ợ c xâ y dự ng trên thuyế t electron

hó a trị của Lewis-Kossel-Langmuir mà nền tả ng là qui tắ c bá t tử Tuy nhiên, thuyế t nà y còn nhiều hạ n chế do

khô ng cho thấ y bả n chấ t cá c loạ i liên kế t và chỉ giả i thí ch đ ư ợ c cấ u tạ o và tí nh chấ t của chấ t trong mộ t số trư ờ ng hợ p đ ơ n giả n Do vậ y, trong mộ t số loạ i liên kế t, việ c giả i thí ch sự hì nh thà nh liên kế t cũng như tí nh chấ t của phâ n tử đ ư ợ c kế t hợ p vớ i mộ t số lí thuyế t hiệ n đ ạ i hơ n

II Các khuynh hướng tạo liên kết hoá học

1 Electron hoá trị

Electron hoá trị là electron có khả nă ng tham gia tạ o liên kế t hoá họ c

Cá c nguyên tố nhó m A có số electron hoá trị bằ ng số electron lớ p ngoà i cù ng, cá c nguyên

tố nhó m B có số electron hoá trị bằ ng số electron có trong cá c phâ n lớ p (n-1)d và ns

2 Cô ng thức Lewis

Cô ng thức Lewis là loạ i cô ng thức cho biế t số electron hoá trị của nguyên tử , trong đ ó hạ t nhâ n và cá c electron lớ p trong đ ư ợ c biể u diễ n bằ ng kí hiệ u hó a họ c của nguyên tố , còn mỗ i electron hó a trị đ ư ợ c biể u diễ n bằ ng mộ t dấ u chấ m (.) quanh nguyên tử (có phâ n biệ t giữ a electron cặp đ ô i và đ ộ c thâ n) Mỗ i cặp electron tham gia liên kế t hoặc tự do còn

có thể đ ư ợ c biể u diễ n bằ ng mộ t đ oạ n gạ ch ngang (-)

.

.

.

.

.

là dù ng chung hoặc trao đ ổi cá c electron hoá trị

Nhữ ng đ iều nó i trên là nộ i dung của qui tắ c bá t tử : "Khi tham gia liên kế t hoá họ c cá c nguyên tử có khuynh hướ ng hoặc dùng chung electron hoặc trao đ ổi electron đ ể đ ạ t đ ế n

cấ u trúc bền của khí hiế m bên cạ nh vớ i 8 hoặc 2 electron lớ p ngoà i cùng"

+ + + + + + + + + + + +

cationkimloạ i electron tự do

III sự phân loại các Liên kết hoá học

b Liên kế t ion : Là loạ i liên kế t hó a họ c đ ư ợ c hì nh thà nh bở i lự c hú t tĩ nh đ iệ n giữ a cá c

ion mang đ iệ n tí ch trá i dấ u (giữ a cation và anion)

c Liên kế t kim loạ i : Là loạ i liên kế t hó a họ c đ ư ợ c

hì nh thà nh bở i lự c hú t tĩ nh đ iệ n giữ a cá c cation

kim loạ i nằ m ở nú t mạ ng tinh thể và cá c electron

tự do di chuyể n trong toà n bộ mạ ng lư ớ i tinh thể

kim loạ i

2 So sá nh

Liên kế t cộ ng hó a

trị

Bả n chấ t lự c liên kế t Tĩ nh đ iệ n (electron

chung và hạ t nhâ n)

Tĩ nh đ iệ n (cation và

anion)

Tĩ nh đ iệ n (cation và electron tự do)

Khuynh hư ớ ng Dù ng chung electron Trao đ ổi electron Dù ng chung electron

Tí nh đ ịnh hư ớ ng Có tí nh đ ịnh hư ớ ng Khô ng đ ịnh hư ớ ng Khô ng đ ịnh hư ớ ng

3 Đố i tượ ng hì nh thà nh liên kế t

a Liên kế t cộ ng hó a trị : Thư ờ ng hì nh thà nh giữ a cá c nguyên tử phi kim

Ví dụ : H-H, O=O, H-Cl, O=C=O

b Liên kế t ion : Thư ờ ng hì nh thà nh giữ a cá c nguyên tử kim loạ i và phi kim điể n hì nh

c Liên kế t kim loạ i : Thư ờ ng hì nh thà nh giữ a cá c nguyên tử kim loạ i

IV Một số đại lượng đặc trưng cho liên kết hóa học

1 Độ dà i liên kế t (d) : là khoả ng cá ch giữ a hai hạ t nhâ n của hai

nguyên tử liên kế t trự c tiế p vớ i nhau

Ví dụ : Trong phâ n tử nư ớ c , dO-H = 0,94 Å

Độ dà i liên kế t giữ a hai nguyên tử A-B có thể tí nh gầ n đ ú ng bằ ng

tổng bá n kí nh của hai nguyên tử A và B

2 Gó c liên kế t : là gó c tạ o bở i hai nử a đ ư ờ ng thẳ ng xuấ t phá t từ hạ t

nhâ n của mộ t nguyên tử và đ i qua hạ t nhâ n của hai nguyên tử khá c liên kế t trự c tiế p vớ i hai

Nă ng lư ợ ng liên kế t (nă ng lư ợ ng phâ n li liên kế t), về trị tuyệ t đ ố i, chí nh bằ ng nă ng lư ợ ng

hì nh thà nh liên kế t Tổng nă ng lư ợ ng cá c liên kế t trong phâ n tử bằ ng nă ng lư ợ ng phâ n li

của phâ n tử đ ó

HOH =104o28'

O 0,94 Å

104 o 28'

Đ 2 liên kết cộng hóa trị

A lí thuyết phi cơ học lượng tử

(Thuyế t electron hó a trị Lewis - Langmuir)

1 Sự hì nh thà nh liên kế t cộ ng hó a trị

! Khi hì nh thà nh liên kế t cộng hóa trị, cá c nguyên tử có khuynh hướng dùng chung các

cặp electron đ ể đ ạ t đ ế n cấ u trú c bền của khí hiế m kề bên (vớ i 8 hoặc 2 electron lớ p ngoà i

cù ng)

! Cá c cặp electron dùng chung có thể do sự góp chung của hai nguyên tử tham gia liên kế t

(cộ ng hó a trị thô ng thư ờ ng) hoặc chỉ do mộ t nguyên tử bỏ ra dù ng chung (cộ ng hó a trị phố i

trí )

Số electron gó p chung của mộ t nguyên tử thư ờ ng bằ ng 8-n (n : số thứ tự của nhó m nguyên tố )

Khi hế t khả nă ng gó p chung, liên kế t vớ i cá c nguyên tử còn lạ i đ ư ợ c hì nh thà nh bằ ng cặp

electron do mộ t nguyên tử bỏ ra (thư ờ ng là nguyên tử của nguyên tố có đ ộ â m đ iệ n nhỏ hơ n)

Ví dụ :

Cô ng thức phâ n tử Cô ng thức electron Cô ng thức cấ u tạ o

2 Cô ng thức cấ u tạ o của mộ t số loạ i hợ p chấ t thiế t lậ p trên thuyế t electron hó a trị

a Hợ p chấ t chứa hidro

N H H

Cl2O7:

O Cl O

O Cl

O

O

O O

O

O

HNO3

O N HO

3 N hững hạ n chế của lí thuyế t phi cơ họ c lượ ng tử

! Không cho thấ y bả n chấ t của liên kế t cộng hóa trị

! Không cho thấ y sự định hướng không gian của liên kế t và như vậ y không thể giả i thí ch cấ u tạ o

hì nh họ c của phâ n tử

O 2- C=O

O

O-N=O -

O 2

! Không giả i thí ch được một số công thức cấ u tạ o trong đó liên kế t cộng hóa trị không phả i

đ ư ợ c hì nh thà nh từ cặp electron mà lạ i xuấ t hiệ n cá c số lẻ electron chung, cũng như cá c cô ng thức trong đ ó qui tắ c bá t tử khô ng đ ư ợ c thỏ a m∙ n (số electron lớ p ngoà i cù ng của nguyên tử nhỏ

hơ n hoặc lớ n hơ n 8)

! Không giả i thí ch được liên kế t "cộng hóa trị nhiều tâm không định xứ" như trong phâ n tử

benzen C6H6

B lí thuyết cơ học lượng tử

I Thuyết VB (Valent Bond - Liên kế t hó a trị)

Heitler-London đ ∙ khả o sá t phâ n tử H2 trên cơ sở của cơ họ c lư ợ ng tử , sau đ ó mở rộ ng và phá t

triể n thà nh phươ ng phá p liên kế t cộ ng hó a trị (thuyế t VB) á p dụ ng cho mọ i phâ n tử Trong

chứa tố i đ a hai electron và hai electron nà y phả i có spin ngư ợ c dấ u Như vậ y mỗ i liên kế t

cộ ng hó a trị đ ượ c đ ượ c hì nh thà nh bằ ng cá ch xen phủ hai obitan nguyên tử có electron

đ ộ c thâ n của hai nguyên tử liên kế t, hai electronđ ộ c thâ n tham gia liên kế t phả i có spin ngượ c dấ u.

! Liên kế t giữa hai nguyên tử cà ng bền nế u mức độ xen phủ của cá c obitan cà ng lớn, do

vậ y sự xen phủ của cá c obitan tuâ n theo nguyên lý xen phủ cự c đ ạ i : liên kế t đ ượ c phâ n bố theo phươ ng nà o mà mức đ ộ mức đ ộ xen phủ cá c obitan liên kế t có giá trị cực đ ạ i

2 Thuyế t VB giả i thí ch những hạ n chế của thuyế t electron hó a trị

! Với phương phá p giả i thí ch sự hì nh thà nh liên kế t cộng hóa trị trì nh bà y ở trên, thuyế t

VB cho thấ y liên kế t cộ ng hó a trị đ ư ợ c hì nh thà nh nhờ tư ơ ng tá c tĩ nh đ iệ n giữ a cá c electron chung (mang đ iệ n tí ch â m)vớ i hạ t nhâ n hai nguyên tử (mang đ iệ n tí ch dư ơ ng)

! Theo thuyế t VB liên kế t được phân bố theo phương nào mà mức độ mức độ xen phủ các

obitan liên kế t có giá trị cự c đ ạ i, như vậ y liên kế t cộ ng hó a trị là mộ t liên kế t có tí nh đ ịnh

hư ớ ng và phâ n tử tạ o từ cá c liên kế t cộ ng hó a trị sẽ có mộ t cấ u tạ o hì nh họ c xá c đ ịnh Cấ u tạ o hì nh họ c của cá c phâ n tử sẽ đ ư ợ c khả o sá t trên cơ sở của mộ t lí thuyế t đ i kè m vớ i

thuyế t VB đ ó là thuyế t lai hó a cá c obitan nguyên tử

! Theo thuyế t VB, cấ u trúc bền không nhấ t thiế t phả i giống với cấ u trúc của khí hiế m Khi hai nguyên tử liên kế t vớ i nhau bằ ng cá ch xen phủ hai obitan chứa electron đ ố i song spin ngư ợ c dấ u) đ ∙ là m cho nă ng lư ợ ng của hệ thố ng giả m, cấ u trú c đ ự ơ c tạ o ra đ ∙ là bền hơ n

so vớ i cấ u trú c của cá c nguyên tử tư ơ ng ứng ứng vớ i mức nă ng lư ợ ng thấ p hơ n Như vậ y có thể giả i thí ch đ ư ợ c liên kế t cộ ng hó a trị trong mộ t số phâ n tử mà cấ u trú c của nguyên tử khô ng giố ng cấ u trú c khí hiế m

3 Thuyế t VB và vấ n đề hó a trị của nguyên tử trong hợ p chấ t cộ ng hó a trị

! Cộng hóa trị của một nguyên tử (hóa trị nguyên tử) bằng số liên kế t mà nguyên tử đó có

thể tạ o đ ư ợ c vớ i cá c nguyên tử khá c

Ví dụ : Trong CO2 (O=C=O) nguyên tử C và O lầ n lư ợ t có cộ ng hó a trị bằ ng 4 và 2

! Theo thuyế t VB, để tạ o được một liên kế t cộng hóa trị, nguyên tử đ∙ sử dụng một

electron đ ộ c thâ n của chú ng Như vậ y, có thể nó i rằ ng cộ ng hó a trị của mộ t nguyên tử bằ ng

số electron đ ộ c thâ n của nguyên tử đ ∙ dù ng đ ể tham gia liên kế t

! Cũng theo thuyế t VB, khi tham gia liên kế t cá c nguyên tử có thể bị "kí ch thí ch" Sự kí ch thí ch nà y có ả nh hư ở ng đ ế n cấ u hì nh electron của nguyên tử , cá c electron cặp đ ô i có thể

tá ch ra và chiế m cứ cá c obitan còn trố ng trong cù ng mộ t lớ p Như vậ y số electron đ ộ c thâ n

của nguyên tử có thể thay đ ổi và cộ ng hó a trị của nguyên tử có thể có giá trị khá c nhau trong nhữ ng hợ p chấ t khá c nhau (xem bả ng 1)

Bả ng 1 : Số electron đ ộ c thâ n có thể có của nguyên tố thuộ c phâ n nhó m chí nh

HOCl3 (Cl hó a trị 5) HOCl4 (Cl hó a trị 7)

4 Bậ c liên kế t

Bậ c liên kế t là số liên kế t cộ ng hó a trị (số cặp electron chung) giữ a hai nguyên tử

a Liên kế t bậ c mộ t (liên kế t đ ơ n) : chỉ có mộ t liên kế t cộ ng hó a trị giữ a 2 nguyên tử

H-O O

S H-O O

O H-O-Cl

O

O H-O-Cl = O

O

Cá c liên đ ô i và ba còn đ ư ợ c gọ i chung là liên kế t bộ i

! Khi số electron chung cà ng lớn, lực hút tĩ nh điệ n giữa electron với hạ t nhâ n của hai nguyên tử cà ng mạ nh, đ ộ bền liên kế t tă ng còn khoả ng cá ch giữ a hai tâ m nguyên tử giả m

Do vậ y, khi bậ c liên kế t cà ng lớ n thì nă ng lư ợ ng liên kế t cà ng lớ n và đ ộ dà i liên kế t cà ng nhỏ

Ví dụ :

Tù y theo cá ch xen phủ cá c obitan nguyên tử mà liên kế t cộ ng hó a trị tạ o thà nh có đ ộ bền khá c nhau Trên cơ sở nà y ngư ờ i ta phâ n biệ t liên kế t cộ ng hó a hó a trị thà nh hai loạ i chí nh

là liên kế t xichma (σ) và liên kế t pi (π)

Liên kế t σ là loạ i liên kế t cộ ng hó a trị đ ư ợ c hì nh thà nh bằ ng phư ơ ng phá p xen phủ

đ ồ ng trụ c cá c obitan nguyên tử , vù ng xen phủ nằ m trên trụ c liên kế t

Liên kế t σ có cá c loạ i σs-s , σs-p , σp-p ,

s s s p p p Liên kế t σ thư ờ ng bền, do có vù ng xen phủ lớ n và cá c nguyên tử có thể quay tự do xung

quanh trụ c liên kế t mà khô ng phá vỡ liên kế t nà y

Liên kế t π là loạ i liên kế t cộ ng hó a trị đ ư ợ c hì nh thà nh bằ ng phư ơ ng phá p xen

phủ song song trụ c cá c obitan nguyên tử , vù ng xen phủ nằ m ở hai phí a so vớ i

trụ c liên kế t

Liên kế t π có cá c loạ i πp-p ,πp-d ,

Liên kế t π kém bền, do có vù ng xen phủ nhỏ và cá c nguyên tử khô ng thể quay

tự do xung quanh trụ c liên kế t mà khô ng phá vỡ liên kế t nà y

Liên kế t đ ơ n luô n là liên kế t σ, liên kế t đ ô i gồ m 1σ và 1π và liên kế t ba gồ m 1σ và 2π

6 Liên kế t cộ ng hó a trị phâ n cực và khô ng phâ n cực

! Trong phâ n tử H2 (H:H) do đ ộ â m đ iệ n của hai nguyên tử H bằ ng nhau nên xá c suấ t có mặt của electron chung lớ n nhấ t là ở khoả ng giữ a hạ t nhâ n hai nguyên tử , sự phâ n bố đ iệ n

tí ch trên hai nguyên tử H là bằ ng nhau, ngư ờ i ta gọ i liên kế t giữ a hai nguyên tử H trong phâ n

tử H2 là liên kế t cộ ng hó a trị khô ng phâ n cự c Trong phâ n tử HCl (H :Cl) do đ ộ â m đ iệ n của

Cl (3,0) lớ n hơ n đ ộ â m đ iệ n của H (2,1) nên electron chung bị hú t lệ ch mộ t phầ n về phí a nguyên tử Cl (H :Cl), xá c suấ t có mặt của electron ở vù ng gầ n nguyên tử Cl sẽ nhiều hơ n, nguyên tử Cl mang mộ t phầ n đ iệ n tí ch â m (δ-) và ngư ợ c lạ i nguyên tử H mang mộ t phầ n

đ iệ n tí ch dư ơ ng (δ+), ngư ờ i ta nó i liên kế t giữ a H và Cl trong phâ n tử HCl là liên kế t cộ ng

hó a trị phâ n cự c

! Liên kế t cộng hóa trị không phân cực là loại liên kế t cộng hóa trị trong đó electron

chung ở chí nh giữ a hạ t nhâ n hai nguyên tử Liên kế t cộ ng hó a trị khô ng phâ n cự c hì nh

thà nh giữ a cá c nguyên tử của cù ng mộ t nguyên tố như ở trong cá c đ ơ n chấ t H2, N2, O2, Cl2,

! Liên kế t cộng hóa trị phân cực là loại liên kế t cộng hóa trị trong đó electron chung lệ ch

mộ t phầ n về phí a nguyên tử có đ ộ â m đ iệ n lớ n hơ n, nguyên tử nà y sẽ mang mộ t phầ n đ iệ n

tí ch â m và ngư ợ c lạ i Liên kế t cộ ng hó a trị khô ng phâ n cự c hì nh thà nh giữ a cá c nguyên tử

của hai nguyên tố khá c nhau (hiệ u đ ộ â m đ iệ n giữ a hai nguyên tử ∆χ có giá trị trong khoả ng

từ 0 đ ế n 1,7), như liên kế t trong cá c phâ n tử HCl, H2O, SO2, Ngư ờ i ta biể u diễ n sự phâ n

cự c bằ ng mũi tên trên gạ ch ngang liên kế t theo chiều từ nguyên tử có đ ộ â m đ iệ n nhỏ đ ế n

nguyên tử có đ ộ â m đ iệ n lớ n

7 Sự lai hó a cá c obitan nguyên tử

! Trên cá c luậ n điể m thuầ n túy của thuyế t VB sẽ không giả i thí ch đúng cấ u tạ o hì nh học của phâ n tử Ví dụ như trong phâ n tử nư ớ c (H-O-H), hai liên kế t cộ ng hó a trị đ ư ợ c hì nh thà nh bở i sự xen phủ hai obitan p của O vớ i hai obitan s của hai nguyên tử H, như vậ y gó c liên

kế t HOH phả i là 90o

(hai obitan p của O vuô ng gó c vớ i nhau) Như ng thự c tế gó c liên kế t nà y lạ i bằ ng 104o

28' Để giả i quyế t vấ n đ ề nà y, ngư ờ i ta bổ sung thêm và o thuyế t VB mộ t giả

thuyế t mớ i có tên là thuyế t lai hó a cá c obitan nguyên tử

! Thuyế t lai hóa cho rằ ng một số obitan có mức nă ng lượng gầ n bằ ng nhau khi tham gia liên kế t có xu hư ớ ng tổ hợ p vớ i nhau đ ể tạ o ra cá c obitan lai hó a có nă ng lư ợ ng thấ p hơ n, liên kế t hì nh thà nh bở i sự xen phủ cá c obitan lai hó a sẽ bền vữ ng hơ n

! Số obitan lai hóa tạo thành bằng số obitan nguyên tử tham gia lai hóa và cá c obitan lai

hó a tạ o ra có nă ng lư ợ ng tư ơ ng đ ư ơ ng Bả ng 2 tó m tắ t mộ t số dạ ng lai hó a thư ờ ng gặp Bả ng 2 : Cá c trư ờ ng hợ p chủ yế u của sự lai hó a cá c obitan nguyên tử

s

180o Đư ờ ng thẳ ng

sp2

→ sp2

s

120o Tam giá c

sp3

p → sp3

! Kiể u lai hóa của nguyên tử có thể xá c định dựa trên giá trị thực nghiệ m của góc liên kế t,

ví dụ gó c liên kế t HOH trong phâ n tử nư ớ c có giá trị 104o

28' gầ n vớ i giá trị 109o

28' như vậ y nguyên tử O trong phâ n tử H2Olai hó a sp3

Ngư ờ i ta cũng dự đ oá n kiể u lai hó a của nguyên tử

trên lý thuyế t bằ ng tổng số liên kế t σ mà nguyên tử tạ o ra và số cặp electron tự do của nguyên tử (H) Giá trị của H tí nh đ ư ợ c bằ ng 2, 3, 4, 5, 6 tư ơ ng ứng vớ i cá c trạ ng thá i lai hó a

δ- δ+

A B (χA< χB)

Có mộ t số phư ơ ng phá p khá c nhau đ ể giả i thí ch cấ u trú c hì nh họ c của phâ n tử như

phư ơ ng phá p mô hì nh sự đ ẩ y giữ a cá c đ ô i electron vỏ hó a trị - VSEPR, phư ơ ng phá p mô

hì nh liên kế t bị uố n cong hoặc phư ơ ng phá p mô hì nh lai hó a cá c obitan nguyên tử Trong bà i

nà y cá c cấ u trú c hì nh họ c của phâ n tử đ ư ợ c xem xét trên cở sở mô hì nh lai hó a cá c obitan

Thá p tam giá c

Tứ diệ n Lư ỡ ng

thá p

đ á y tam giá c

Vuô ng phẳ ng

Thá p vuô ng

Bá t diệ n

Mỗ i loạ i lai hó a có khả nă ng tạ o ra mộ t hay mộ t số cấ u trú c nà o đ ó :

! Lai hóa sp : tạ o cấ u trúc đường thẳng (như trong cá c phâ n tử BeH2, ZnCl2, CO2,C2H2, )

Ví dụ :

! Lai hóa sp 2

: tạ o cấ u trú c chữ V (như trong cá c phâ n tử SO2 , O3 , ), tam giá c phẳ ng

(như trong cá c phâ n tử và ion : BF3, SO3, HNO3 ,C2H4 , NO, NO3

-, CO3 2-

)

Ví dụ :

O

S O

H-O N+

O–O

! Lai hóa sp 3

: tạ o cấ u trú c chữ V (như cá c phâ n tử H2O , H2S, ), thá p tam giá c (như

NH3, H3O+ , ) và tứ diệ n (như trong cá c phâ n tử và ion: CH4, CCl4, NH4+, PO43-, SO42-, ClO4- )

Ví dụ :

H

OH

H

! Lai hóa sp 3d : tạ o cấ u trú c thẳ ng (như XeF2), chữ T (như ClF3), lưỡ ng thá p tam giá c

(như trong phâ n tử PCl5, )

Ví dụ :

F Xe F

Cl P Cl Cl Cl Cl

! Lai hóa sp 3

d 2 : tạ o cấ u trú c vuô ng phẳ ng (như trong phâ n tử XeF4, ), thá p vuô ng (như

trong phâ n tử BrF5, ) và cấ u trú c bá t diệ n (như trong SF6, AlF63-, SiF62- )

Ví dụ :

F Xe F

F

F

F

Br F

F F

F

F S F

F F F

F

b Sự phâ n cực của phâ n tử

! Lưỡng cực điệ n : Lưỡng cực điệ n là một hệ gồm hai điệ n tí ch +q

và -q cá ch nhau mộ t khoả ng cá ch l Lư ỡ ng cự c đ iệ n đ ư ợ c đ ặc trư ng

1.10-29

Cm

! Lưỡng cực liên kế t : Trong liên kế t ion hoặc liên kế t cộng hóa trị phâ n cực điệ n tí ch

phâ n bố khô ng đ ồ ng đ ều trên hai nguyên tử tham gia liên kế t, trọ ng tâ m đ iệ n tí ch â m

lệ ch về phí a nguyên tử có đ ộ â m đ iệ n lớ n hơ n và trọ ng tâ m đ iệ n tí ch dư ơ ng lệ ch về

phí a nguyên tử có đ ộ â m đ iệ n nhỏ hơ n Như vậ y, mỗ i liên kế t ion hoặc liên kế t cộ ng

! Lưỡng cực phân tử : Trong việ c khả o sá t lưỡng cực phâ n tử, người ta thừa nhậ n thuộc

tí nh cộ ng tí nh của momen lư ỡ ng cự c liên kế t và coi momen lư ỡ ng cự c của phâ n tử là

tổng vectơ cá c momen lư ỡ ng cự c liên kế t

! Việ c khả o sá t momen lưỡng cực phâ n tử là một thông số cầ n thiế t cho việ c nghiên cứu

tí nh chấ t của liên kế t (khi à cà ng lớ n, tí nh ion của liên kế t cà ng mạ nh), cấ u trú c hì nh

họ c của phâ n tử cũng như cá c tí nh chấ t vậ t lí , hó a họ c của mộ t chấ t

c Từ tí nh của phâ n tử

! Chất thuận từ : Chấ t thuậ n từ là những chấ t bị hút bởi nam châm Về mặt cấ u tạ o, phâ n

tử của cá c chấ t nà y có electron khô ng ghép đ ô i (electron đ ộ c thâ n)

-q

l +q

Lư ỡ ng cự c đ iệ n

à

Ví dụ : NO2 là mộ t chấ t thuậ n từ do trong cấ u tạ o còn mộ t electron đ ộ c thâ n trên

phả i có electronđ ộ c thâ n Như vậ y, cá ch lí giả i theo thuyế t electron hó a trị hoặc theo

thuyế t cộ ng hó a trị (VB) (cô ng thức của phâ n tử oxi (O2) có dạ ng −

−

−

electron ghép đ ô i) là khô ng đ ú ng Cô ng thức đ ú ng của O2 đ ư ợ c giả i thí ch trên cơ sở của

thuyế t obitan phâ n tử (MO) sẽ xét đ ế n ở phầ n sau

II Thuyết MO (Molecular Orbital - Obitan phâ n tử )

Thuyế t VB và MO (Hund, Mulliken, Lenard-Jones, 1927-1929) đ ều dự a trên lý thuyế t cơ họ c lư ợ ng tử đ ể giả i thí ch sự hì nh thà nh liên kế t và tí nh chấ t hó a họ c của phâ n tử , tuy nhiên cá ch

đ ặt vấ n đ ề của hai thuyế t nà y gầ n như trá i ngư ợ c nhau Thuyế t VB thừ a nhậ n sự tí nh đ ộ c lậ p của cá c nguyên tử trong phâ n tử , liên kế t đ ư ợ c hì nh từ cá c obitan nguyên tử khá c nhau Thuyế t

MO phủ nhậ n sự tồ n tạ i đ ộ c lậ p của cá c nguyên tử trong phâ n tử , cá c electron trong phâ n tử khô ng còn thuộ c về cá c obitan nguyên tử mà thuộ c về cá c obitan chung gọ i là obitan phâ n tử Trong bà i nà y chú ng ta thả o luậ n kế t quả thu đ ư ợ c từ phư ơ ng phá p MO

1 Cá c luậ n điể m chí nh của thuyế t MO

! Trong phâ n tử cá c electron chuyể n động trong những obitan chung gọi là obitan phâ n tử Cá c obitan phâ n tử (cá c MO) nà y thu đ ư ợ c từ sự tổ hợ p tuyế n tí nh cá c obitan nguyên tử (atomic orbital - AO) Tổng số MO thu đ ư ợ c bằ ng tổng số AO tham gia tổ hợ p

! Cá c MO thu được có nă ng lượng khá c nhau được hì nh thà nh một giả n đồ nă ng lượng

có giá trị từ thấ p đ ế n cao

! Mỗi loạ i MO gồm cá c MO có nă ng lượng thấ p gọi là MO liên kế t (σ hoặc π) và MO có nă ng lư ợ ng cao hơ n gọ i là MO phả n liên kế t (σ*

2 Thuyế t MO và sự hì nh thà nh liên kế t cộ ng hó a trị

! Chu kỳ 1: Cá c nguyên tố chu kỳ 1 có AO duy nhấ t 1s, nên trong phâ n tử hai nguyên tử

dạ ng A2 sẽ có sự tổ hợ p hai AO-s đ ể tạ o ra hai MO-σ có nă ng lư ợ ng như giả n đ ồ dư ớ i

H: 1s1 ⇒ H 2 : (σ1s)2

(σ* 1s)0

, bË c liªn kÕ t =

2

1(2-0) = 1

⇒ Hai nguyªn tö H liªn ví i nhau b» ng mé t liªn kÕ t ® ¬ n : H-H He: 1s2 ⇒ He 2 : (σ1s)2 (σ*

1s)2, bË c liªn kÕ t =

2

1(2-2) = 0

⇒ Kh« ng tå n t¹ i liªn kÕ t gi÷ a hai nguyªn tö He

! Chu kú 2 : C¸ c nguyªn tö cña c¸ c nguyªn tè chu kú 2 cã 4 AO hãa trÞ (2s, 2px, 2py vµ

2pz), do vË y trong ph© n tö hai nguyªn tö d¹ ng A2 sÏ tæ hî p t¹ o 8 MO :

- Hai AO-2s t¹ o ra hai MO-σ lµ σ2S vµ σ*

⇒ Hai nguyªn tö F liªn ví i nhau b» ng mé t liªn kÕ t ® ¬ n ( F-F )

⇒ Hai nguyªn tö O liªn ví i nhau b» ng mé t liªn kÕ t ® ¬ n vµ hai liªn kÕ t

mé t electron ( O ÷÷÷÷O hay O O

!

" )

b Ph© n tö hai nguyªn tö d¹ ng AB

§è i ví i c¸ c nguyªn tè chu kú 2, sù tæ hî p cña hai AO-2s vµ s¸ u AO-2p t¹ o ra t¸ m MO cã trË t

Trªn c¬ së nµ y ta cã thÓ kh¶ o s¸ t cÊ u h× nh ph© n tö cña c¸ c ph© n tö nh­ NO, CO, hay c¸ c