CHƯƠNG I: LÍ THUYẾT LIÊN KẾT HÓA HỌC I. 1. Khái niệm phân tử và liên kết hóa học Phân tử là phần tử nhỏ nhất của chất, mang tính chất đặc trưng cho chất, có thể phân chia thành các hạt nhỏ hơn trong các phản ứng hoá học và có thể tồn tại độc lập. Sự kết hợp giữa các nguyên tử để đạt tới trạng thái bền vững hơn được gọi là liên kết hóa học. I.2. Các khuynh hướng hình thành liên kết hóa học: I.2.1. Các khuynh hướng hình thành liên kết - Qui tắc bát tử (Octet) Nội dung của qui tắc bát tử: “ Khi tham gia vào liên kết hóa học các nguyên tử có khuynh hướng dùng chung electron hoặc trao đổi để đạt đến cấu trúc bền của khí hiếm bên cạnh với 8 hoặc 2 electron lớp ngoài cùng”.
Trang 1Chơng I: Lí thuyết liên kết hóa học
I 1 Khái niệm phân tử và liên kết hóa học
Phân tử là phần tử nhỏ nhất của chất, mang tính chất đặc trng cho chất, có thể phân chia thành các hạt nhỏ hơn trong các phản ứng hoá học và có thể tồn tại độc lập
Sự kết hợp giữa các nguyên tử để đạt tới trạng thái bền vững hơn đợc gọi là liên kết hóa học.
I.2 Các khuynh hớng hình thành liên kết hóa học:
I.2.1 Các khuynh hớng hình thành liên kết - Qui tắc bát tử (Octet)
Nội dung của qui tắc bát tử: “ Khi tham gia vào liên kết hóa học các nguyên tử có khuynh hớng dùng chung electron hoặc trao đổi để đạt đến cấu trúc bền của khí hiếm bên cạnh với 8 hoặc 2 electron lớp ngoài cùng”.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIấN
liờn kết hoỏ học
Hố, thỏng 8 năm 2009
Trang 2Ví dụ:
-(2/8) (2/8/8)
I.2.2 Một số đại lợng đặc trng cho liên kết hóa học
I.2.4.1 Độ dài liên kết (d): Là khoảng cách giữa hai hạt nhân của hai
nguyên tử liên kết trực tiếp với nhau
Ví dụ: Trong phân tử nớc, dO-H = 0,94 A 0
Độ dài liên kết giữa hai nguyên tử A-B có thể tính gần đúng bằng
tổng bán kính của hai nguyên tử A và B
O
0,94 A
104 0 28 ' 0
Giữa 2 nguyên tử cho trớc, độ dài liên kết giảm khi bậc liên kết tăng
VD:
I.2.4.2 Góc liên kết: Là góc tạo bởi hai nửa đờng thẳng xuất phát từ một hạt nhân nguyên tử và đi
qua hạt nhân của hai nguyên tử liên kết trực tiếp với nguyên tử đó Ví dụ: Trong phân tử nớc HOH = 104028’
Góc liên kết phụ thuộc vào:
+Trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm
+ Độ âm điện của nguyên tử trung tâm A và phối tử X: nguyên tử trung tâm A có độ âm
điện lớn sẽ kéo mây của đôi electron liên kết về phía nó nhiều hơn, hai đám mây của hai liên kết
mà lớn lại ở gần nhau gây ra lực tơng tác đẩy làm cho độ lớn góc liên kết tăng lên Nếu phối tử X
có độ âm điện lớn sẽ gây tác dụng ngợc lại
I.2.4.3 Năng lợng liên kết
Năng lợng liên kết A-B là năng lợng cần cung cấp để phá vỡ hoàn toàn liên kết A-B (th-ờng đợc qui về 1 mol liên kết - kJ/mol hoặc kcal/mol)
EH-H = 103 kcal/mol : H2 2H H = 103 kcal/mol Năng lợng liên kết (năng lợng phân li liên kết), về trị tuyệt đối, chính bằng năng lợng hình thành liên kết nhng ngợc dấu Tổng năng lợng các liên kết trong phân tử bằng năng lợng phân li của phân tử đó
- Năng lợng liên kết giữa 2 nguyên tử tăng cùng bậc liên kết ( đơn < đôi < ba)
II liên kết ion
Định nghĩa liên kết ion: liên kết ion là liên kết hoá học đợc tạo thành do lực hút tĩnh điện giữa các
ion mang điện ngợc dấu
Bản chất của lực liên kết ion: là lực hút tĩnh điện
Độ lớn của lực liên kết ion (F) phụ thuộc vào trị số điện tích của cation (q1) và anion (q2)
và bán kính ion của chúng lần lợt là r1 và r2
F~ 1 2
2
q q
r ( r = r1 + r2 )
Khi lực liên kết ion càng lớn thì liên kết ion càng bền, năng lợng mạng lới ion càng lớn và liên kết ion khó bị phân li, mạng lới ion càng khó bị phá vỡ, các hợp chất ion càng khó nóng chảy, khó bị hoà tan trong dung môi phân cực hơn
II.3 Các yếu tố ảnh hởng đến sự tạo thành liên kết ion.
- Năng lợng ion hoá - ái lực với electron - Năng lợng mạng lới
II.3.1 Năng lợng ion hoá.
a) Khái niệm: Năng lợng ion hoá là năng lợng cần thiết để tách một electron ra khỏi nguyên tử ở
trạng thái cơ bản (trạng thái không kích thích) tạo ra cation ở trạng thái khí
M + I1 M+ + 1e
Trang 3M + I2 M + 1e
M2+ + I3 M3+ + 1e
M(n - 1)+ + In Mn+ + 1e
Các giá trị I1, I2, I3,…, In là năng lợng ion hoá thứ nhất, thứ 2, thứ 3,… và thứ n
b) Qui luật: + I1 < I2 < I3 <…< In
+ Những nguyên tử có năng lợng ion hoá càng nhỏ càng dễ biến thành ion dơng
II.3.2 ái lực với electron.
a) Khái niệm: ái lực đối với electron là năng lợng tỏa ra (hay thu vào) khi một nguyên tử kết hợp
với electron để trở thành ion âm
X + 1e X - + A1 ( A1: là ái lực đối với electron thứ nhất.)
b) Qui luật: ái lực đối với electron của một nguyên tố càng lớn thì nguyên tố đó càng dễ chuyển
thành ion âm
II.3.3 Năng lợng mạng lới.
a) Khái niệm: Năng lợng mạng lới là năng lợng toả ra khi các ion kết hợp với nhau để tạo thành
mạng lới tinh thể
b) Qui luật: Năng lợng mạng lới càng lớn thì hợp chất ion đợc tạo nên càng bền.
Tóm lại: Kim loại càng dễ nhờng electron, phi kim càng dễ nhận electron, các ion đợc tạo
thành hút nhau càng mạnh thì càng thuận lợi cho sự tạo thành liên kết ion
III Liên kết cộng hóa trị
III.1 Lí thuyết phi cơ học lợng tử ( Thuyết electron hóa trị Lewis - Langmuir)
III.1.1 Sự hình thành liên kết cộng hóa trị.
Khi hình thành liên kết cộng hóa trị, các nguyên tử có khuynh hớng dùng chung các cặp electron để đạt cấu trúc bền của khí hiếm gần kề ( với 8 hoặc 2 electron lớp ngoài cùng)
Các cặp electron dùng chung có thể do sự góp chung của hai nguyên tử tham gia liên kết (cộng hóa trị thông thờng) hoặc chỉ do một nguyên tử bỏ ra (cộng hóa trị phối trí)
Số electron góp chung của một nguyên tử thờng bằng 8 - n (n: số thứ tự của nhóm nguyên tố) Khi hết khả năng góp chung, liên kết với các nguyên tử còn lại đợc hình thành bằng cặp electron do một nguyên tử bỏ ra (thờng là nguyên tử của nguyên tố có độ âm điện nhỏ hơn)
Ví dụ: Công thức phân tử Công thức electron Công thức cấu tạo
H2O H :O: H H - O - H
SO2 :O:: S: O: O= SO
III.2 Lí thuyết cơ học lợng tử
III.2.1 Thuyết VB (Valent Bond - Liên kết hóa trị)
III.2.1.1 Các luận điểm cơ sở của thuyết VB
Một cách gần đúng, coi cấu tạo e của nguyên tử vẫn đợc bảo toàn khi hình thành phân tử
từ nguyên tử, nghĩa là trong phân tử vẫn có sự chuyển động của e trong AO Tuy nhiên khi 2 AO hóa trị của hai nguyên tử xen phủ nhau tạo liên kết hóa học thì vùng xen phủ đó là chung cho hai nguyên tử
Mỗi một liên kết hóa học giữa hai nguyên tử đợc đảm bảo bởi 2 e có spin đối song mà trong trờng hợp chung, trớc khi tham gia liên kết, mỗi e đó là e độc thân trong 1 AO hóa trị của một nguyên tử Mỗi liên kết hóa học đợc tạo thành đó là một liên kết 2 tâm (2 nguyên tử) Liên kết đó không thể hình thành từ 1 e (thiếu e) hoặc từ 3e trở lên (tính bão hòa của liên kết cộng hóa trị)
Sự xen phủ giữa 2 AO có 2e của 2 nguyên tử càng mạnh thì liên kết đợc tạo ra càng bền (nguyên lý xen phủ cực đại) Liên kết hóa học đợc phân bố theo phơng có khả năng lớn về sự xen phủ 2 AO (thuyết hóa trị định hớng)
III.2.1.2 Thuyết VB về sự hình thành liên kết cộng hóa trị
Liên kết giữa hai nguyên tử càng bền nếu mức độ xen phủ của các obitan càng lớn, nh vậy
sự xen phủ của các obitan tuân theo nguyên lí xen phủ cực đại: “ liên kết đợc phân bố theo phơng nào mà mức độ xen phủ các obitan liên kết có giá trị cực đại”
Ví dụ: 1H 1s1 17Cl 1s22s22p63s23p5
H H
Trang 4
HCl H :Cl H – Cl
Cl H
Cl Cl
III.2.1.3 Thuyết VB về vấn đề hóa trị của nguyên tử trong hợp chất cộng hóa trị
Cộng hóa trị của một nguyên tử (hóa trị nguyên tử) bằng số liên kết mà nguyên tử đó có thể tạo đợc với các nguyên tử khác
Ví dụ: Trong CO2 (O= C =O) nguyên tử C và O lần lợt có hóa trị bằng 4 và 2
Theo thuyết VB, để tạo đợc một liên kết cộng hóa trị, nguyên tử đã sử dụng một e độc thân của chúng Nh vậy, có thể nói rằng cộng hóa trị của một nguyên tử bằng số e độc thân của nguyên tử đã dùng để tham gia liên kết
Cũng theo thuyết VB, khi tham gia liên kết các nguyên tử có thể bị “kích thích” Sự kích thích này có ảnh hởng đến cấu hình e của nguyên tử, các e cặp đôi có thể tách ra và chiếm cứ các
AO còn trống trong cùng một lớp Nh vậy số e độc thân của nguyên tử có thể thay đổi và cộng hóa trị của nguyên tử có thể có giá trị khác nhau trong những hợp chất khác nhau (Bảng 2)
VD1: Cộng hóa trị của S trong H2S là 2 ; SO2 là 4 ; H2SO4 là 6
VD2: Cộng hóa trị của Clo trong HClO là 1; HClO2 là 3 ; HClO3 là 5; HClO4 là 7
Bảng 2: Số e độc thân có thể có của các nguyên tố thuộc phân nhóm chính
X*
2
X*
1, 3
X*
2, 4
VA
Từ chu kì 3 ns2 np3
X*
3, 5
VIA
Từ chu kì 3
ns2 np4
X*
X**
2,4, 6
VIIA
Từ chu kì 3
ns2 np5
X*
X**
X***
1, 3, 5, 7
III.2.1.5 Bậc liên kết
Bậc liên kết là số liên kết cộng hóa trị (số cặp electron chung) giữa hai nguyên tử
Trang 5a) Liên kết bậc một (liên kết đơn): chỉ có một liên kết cộng hóa trị giữa 2 nguyên tử VD: H-H ;
H- Cl …
b) Liên kết bậc 2 (liên kết đôi): có 2 liên kết cộng hóa trị giữa 2 nguyên tử
VD: O= C =O …
c) Liên kết bậc ba (liên kết ba): có 3 liên kết cộng hóa trị giữa 2 nguyên tử
VD: N N ; H- C C - H , …
Các liên kết đôi và liên kết ba còn đợc gọi chung là liên kết bội
Khi số electron chung càng lớn, lực hút tĩnh điện giữa electron với hạt nhân của hai nguyên tử càng mạnh, độ bền liên kết tăng còn khoảng cách giữa hai tâm nguyên tử giảm Do vậy khi bậc liên kết càng lớn thì năng lợng liên kết càng lớn
và độ dài liên kết càng nhỏ.
III.2.1.6 Liên kết xichma () và liên kết pi ().
a) Liên kết xichma () : là loại liên kết cộng hóa trị đợc hình thành bằng phơng pháp xen phủ
đồng trục các obitan nguyên tử, vùng xen phủ nằm trên trục liên kết
Liên kết có các loại s-s , s-p , p-p , …
s
Liên kết thờng bền, do có vùng xen phủ lớn và các nguyên tử có thể quay tự do xung quanh trục liên kết mà không phá vỡ liên kết này
b) Liên kết : Là loại liên kết cộng hóa trị đợc hình thành bằng phơng pháp xen phủ song song
trục các obitan nguyên tử, vùng xen phủ nằm ở hai phía so với trục liên kết
Liên kết có các loại p-p , p-d , …
Liên kết kém bền do có vùng xen phủ nhỏ và các nguyên tử không thể quay tự do xung quanh trục liên kết mà không phá vỡ liên kết này
y
y x
x
y
Liên kết đơn luôn là liên kết , liên kết đôi gồm 1 liên kết và 1 liên kết , liên kết ba gồm 1 liên kết và 2 liên kết
III.2.1.7 Liên kết cộng hoá trị cho-nhận (liên kết phối trí).
a) Định nghĩa: Liên kết cộng hoá trị cho - nhận là liên kết cộng hoá trị trong đó cặp electron dùng
chung chỉ do một nguyên tử cung cấp – gọi là nguyên tử cho, nguyên tử còn lại là nguyên tử nhận
VD:
N
H
H
H
H H H
H
+
H H H
H +
Trang 6N O
O
N O
O hay
b) Điều kiện tạo ra liên kết cho nhận:
- Nguyên tử “ cho ” phải có lớp vỏ e đã bão hoà và còn ít nhất một cặp e tự do (ch a tham gia liên kết) có bán kính nhỏ, độ âm điện tơng đối lớn
- Nguyên tử “ nhận ” phải có obitan trống
III.2.1.8 Sự lai hóa các obitan nguyên tử.
Thuyết lai hóa cho rằng một số AO có mức năng lợng gần bằng nhau khi tham gia liên kết
có xu hớng tổ hợp với nhau để tạo ra các AO lai hóa có năng lợng thấp hơn, liên kết hình thành bởi sự xen phủ các AO lai hóa sẽ bền vững hơn
Số obitan lai hóa tạo thành bằng số obitan nguyên tử tham gia lai hóa và các obitan lai hóa tạo ra có năng lợng tơng đơng (bảng 2)
Bảng 3: Một số đặc điểm phõn tử
Kí
hiệu
Sự lai hóa Phân bố không gian của các obitan lai hóa
sp
thẳng
sp2
giác
sp3 s
109028’ Tứ diện
sp3d
p
d
sp3d s
Lỡng tháp đáy tam giác
sp3d2
p
d
sp3d2 s
Bát diện
Ngời ta cũng dự đoán kiểu lai hóa của nguyên tử trên lý thuyết: số obitan lai hoá bằng tổng số liên kết mà nguyên tử tạo ra và số cặp electron tự do của nguyên tử (H) Giá trị của n tính đợc bằng 2, 3, 4, 5, 6 tơng ứng với các trạng thái lai hóa sp, sp2, sp3, sp3d, sp3d2
Ví dụ: H-O-H , HO = 2+2 = 4 O lai hóa sp3
O=S O , HS = 2+1 = 3 S lai hóa sp2 ; O=C=O , HC = 2+0 = 2 C lai hóa sp
Trang 7 Dới đây là một số ví dụ về sự hình thành phân tử trên cơ sở kết hợp thuyết VB và thuyết lai hóa các obitan nguyên tử :
CH4 (C lai hóa sp3)
H H
H H
CH2 = CH2 (C lai hóa sp2)
H
H
H H
CH CH (C lai hóa sp)
III.1.2.11 Một số tính chất của phân tử
1- Mô hình sự đẩy giữa các đôi electron vỏ hóa trị
- Qui ớc: Trong phân tử có công thức AXnEm thì A là nguyên tử trung tâm, X là phối tử, n là chỉ số cho biết số phối tử, E là đôi e riêng, m là chỉ số cho biết số đôi e riêng
- Mỗi mây electron chiếm một khoảng không gian nhất định Hình dạng của phân tử phụ thuộc vào khoảng không gian chiếm bởi các mây electron vỏ hóa trị của A hay hình dạng phân tử phụ thuộc vào sự phân bố các đôi electron hay các mây electron ở vỏ hóa trị của nguyên tử trung tâm A
- Nội dung mô hình sự đẩy các đôi electron vỏ hóa trị: Các đôi (hay cặp electron trong vỏ hóa trị đợc phân bố cách nhau tới mức xa nhất có thể đợc (hay các đôi electron trong vỏ hóa trị
đẩy nhau ra xa tới mức có thể đợc) để lực đẩy giữa chúng ở mức thấp nhất
- Đôi electron riêng chỉ chịu lực hút của hạt nhân nguyên tử trung tâmA Còn đôi e liên kết chịu tác dụng hút của cả hai hạt nhân nguyên tử tham gia liên kết là A và X Do đó đôi electron riêng của mây electron chiếm khoảng không gian rộng hơn khoảng không gian chiếm bởi mây electron của đôi electron liên kết
2- Hình dạng một số phân tử
1 Trờng hợp AX n (n = 2 6)
Nguyên tử trung tâm A có từ 2 đến 6 cặp electron liên kết tạo với phối tử X, A không có
đôi electron riêng
+ Khi n = 2 : hai đôi e liên kết đợc phân bố trên đờng thẳng phân tử có dạng đờng
thẳng, góc liên kết 1800
VD: BeH2 : H - Be - H
+ Khi n = 3: ba đôi electron này đợc phân bố trên mặt phẳng hớng về 3 đỉnh của tam giác
đều phân tử có hình tam giác đều, góc liên kết 1200
VD: BF3, AlCl3, F
|
Be
F F
+ Khi n= 4: 4 đôi electron hớng về 4 đỉnh của tứ diện đều, A ở tâm phân tử có hình tứ
diện đều, góc liên kết bằng 109,50
VD: CH4; NH4+
+ Khi n = 5: 5 đôi electron đợc phân bố trên 5 đỉnh của lỡng tháp tam giác
Phân tử hình lỡng tháp tam giác
Có 3 đôi electron nằm trên mặt phẳng tam giác đều, tâm của tam giác là hạt nhân của A
Ba đôi e này tạo 3 liên kết ngang, góc liên kết 1200
Còn lại 2 đôi e nằm trên đờng thẳng vuông góc với tam giác tại tâm A tạo 2 liên kết trục
Độ dài liên kết ngang < liên kết trục vì đôi e trên liên kết trục chịu tơng tác đẩy của 3 đôi
e ngang, góc tơng tác 900 lực đẩy lớn độ dài liên kết lớn, còn đôi e trên liên kết ngang chịu
t-ơng tác đẩy của 2 đôi e trục, 2 đôi e ngang còn lại nhng tt-ơng tác đẩy của 2 đôi e ngang là yếu vì góc tơng tác là lớn 1200 lực đẩy yếu hơn độ dài liên kết nhỏ hơn VD: PCl5
+ Khi n = 6: cả 6 đôi e đợc phân bố trên bát diện đều Các góc liên kết nh nhau (900)nên
độ dài liên kết nh nhau vì lực đẩy tơng hỗ của các đôi e là nh nhau phân tử hình bát diện đều
VD: SF6
2) Trờng hợp AX n E m : ngoài phối tử nguyên tử trung tâm A có đôi e riêng
Cần lu ý đến sự không tơng đơng giữa đôi e liên kết với đôi e riêng này
+ AX 2 E: Đôi e riêng có mây e chiếm khoảng không gian rộng hơn đôi electron liên kết nên 3
nguyên tử X – A – X không còn nằm trên cùng 1 đờng thẳng nh trong AX2, phân tử có góc: góc XAX < 1200
Trang 8
A
X X
+ AX 3 E: Phân tử hình tháp tam giác, góc liên kết < góc của tứ diện đều (109,50)
VD: NH3; các amin
+ AX 2 E 2: Có 2 đôi e riêng nên khác với AX4 và AX3E mà phân tử có góc, do tơng tác đẩy của 2
đôi e riêng góc liên kết < 109,50 VD: H2O
+ AXE 3 : Phân tử thẳng VD: các HX
+ AX 4 E, AX 3 E 2 , AX 2 E 3: xét từ trờng hợp AX5
Mây e ngang tạo với mây e trục góc 900, giữa các mây e ngang tạo với nhau góc 1200 nên nếu có
đôi e riêng thì đôi e riêng này sẽ phân bố trên mặt phẳng tam giác vì khi đó lực đẩy tơng hỗ giữa
đôi e riêng với các đôi e liên kết là nhỏ nhất
Vậy ta có thể có các dạng hình của các trờng hợp trên nh sau
- AX4E: hình cái bập bênh, do sự đẩy của đôi e riêng mạnh nên góc của liên kết trục và liên kết ngang < 900, góc liên kết ngang với liên kết ngang < 1200
VD: SF4,
- AX3E2: 2 đôi electron riêng nằm trên mặt phẳng tam giác phân tử hình chữ T, góc liên kết của liên kết ngang và liên kết trục < 900
VD: ClF3, HClO2
- AX2E3: 3 đôi e riêng đều phân bố trên 1 mặt phẳng, 2 đôi e liên kết nằm trên trục vuông góc với mặt phẳng phân tử có dạng đờng thẳng
VD: ClF2, HOCl
+ AX 5 E, AX 4 E 2 , : xuất phát từ hình dạng của phân tử AX6
- AX5E: 4 đôi e liên kết phân bố trong mặt phẳng hình vuông, 1 đôi e trên trục, đôi e không liên kết nằm trên trục còn lại Do đôi e không liên kết chiếm khoảng không gian lớn nên góc liên kết giữa liên kết trục với liên kết ngang < 900, độ dài liên kết trục < độ dài liên kết ngang ( liên kết trục bị đẩy yếu hơn so với liên kết ngang)
VD: BrF5
- AX4E2: để lực đẩy là nhỏ nhất thì 2 đôi e riêng phải phân bố sao cho góc đẩy là lớn nhất hai đôi e riêng nằm trên trục vuông góc với mặt phẳng chứa 4 đôi e liên kết còn lại phân
tử vuông phẳng
VD: XeF4
Bảng dới đây là một số mô hình cấu trúc hình học của phân tử
Đờng
thẳng Chữ V Tam giácphẳng Tháp tamgiác diệnTứ đáy tam giácLỡng tháp Vuôngphẳng vuôngTháp diệnBát
* Mỗi loại lai hóa có khả năng tạo ra một hay một số cấu trúc nào đó:
Lai hóa sp: Tạo cấu trúc đờng thẳng (nh trong các phân tử BeH2, ZnCl2, CO2, C2H2, …)
Lai hóa sp2: Tạo cấu trúc chữ V( nh trong các phân tử SO2, O3, …), tam giác phẳng (nh trong các phân tử và ion: BF3, SO3, HNO3, C2H4, NO3-, CO32- …)
S O O
H O N +
O
O
- Lai hóa sp3: Tạo cấu trúc chữ V (nh trong các phân tử H2O, H2S, …), tháp tam giác (nh
NH3, H3O+, …) và tứ diện (nh trong các phân tử và ion: CH4, CCl4, NH4+, PO43-, SO42-, ClO4-, …)
O
N H H
H
H C H H
H
Trang 9 Lai hóa spd: Tạo cấu trúc thẳng (nh XeF2), chữ T (nh ClF3), lỡng tháp tam giác (nh trong phân tử PCl5,…)
F
Cl
Cl Cl
Cl
Lai hóa sp3d2: Tạo cấu trúc vuông phẳng (nh trong phân tử XeF4, …), tháp vuông (nh trong phân tử BrF5 …) và cấu trúc bát diện (nh: SF6, AlF63-, SiF62-…)
F
Xe
F
F
F
F
Br F
F F
F
F
S F
F F
F
F b) Sự phân cực của phân tử
Lỡng cực điện: Lỡng cực điện là một hệ gồm hai điện tích +q và -q
cách nhau một khoảng cách l Lỡng cực điện đặc trng bằng đại lợng momen
l-ỡng cực với định nghĩa momen ll-ỡng cực bằng tích của điện tích q và cách
tay đòn l = l.q
+q
-q l
lỡng cực điện
Trong hệ SI momen lỡng cực đợc tính bằng Cm (coulomb.met) Với phân tử do momen lỡng cực có giá trị nhỏ nên ngời ta thờng tính theo D (Debye) với qui ớc :
1D = 1
3 .10
-29 Cm
Lỡng cực liên kết: mỗi liên kết ion hoặc liên kết cộng hóa trị phân cực là một lỡng cực
điện và có một momen lỡng cực xác định đợc gọi là momen lỡng cực liên kết Liên kết phân cực càng mạnh thì momen lỡng cực càng lớn
Ví dụ: HF HCl HBr HI
Liên kết H F H Cl H Br H I
(D) 1,83 1,08 0,82 0,44
Lỡng cực phân tử: Trong việc khảo sát lỡng cực phân tử, ngời ta thừa nhận thuộc tính cộng tính của momen lỡng cực liên kết và coi momen lỡng cực của phân tử là tổng vectơ các momen l-ỡng cực liên kết
Ví dụ:
Với phân tử CO2 : O = C = O = 0
Với phân tử H2O : 0 ( = 1,84D)
Việc khảo sát momen lỡng cực phân tử là một thông số cần thiết cho việc nghiên cứu tính chất của liên kết (khi càng lớn, tính ion của liên kết càng mạnh), cấu trúc hình học của phân tử cũng nh các tính chất vật lí, hóa học của một chất
c) Từ tính của phân tử
Chất thuận từ: Chất thuận từ là những chất bị hút bởi nam châm Về mặt cấu tạo, phân tử của các chất này có e cha ghép đôi ( e độc thân)
Ví dụ: NO2 là một chất thuận từ do trong cấu tạo còn một e độc thân trên nguyên tử N :
O = NO
Chất nghịch từ: Chất nghịch từ là những chất bị đẩy bởi nam châm Về mặt cấu tạo, phân
tử của chất này không có e độc thân
IV Liên kết kim loại
IV.1 Định nghĩa: Liên kết kim loại là liên kết hoá học hình thành do các electron tự do gắn kết
các ion dơng kim loại trong mang tinh thể kim loại hay trong kim loại lỏng
Bản chất của lực liên kết kim loại là lực hút tĩnh điện giữa các electron tự do và các ion (+) kim loại
Trang 10IV.2 Một số kiểu mạng tinh thể kim loại.
IV.2.1 Mạng lập phơng đơn giản:
- Đỉnh khối lập phơng là các nguyên tử kim loại hay ion dơng kim
loại; Số phối trí = 6
IV.2.2 Mạng lập phơng tâm khối:
- Đỉnh và tâm khối hộp lập phơng là nguyên tử hay ion dơng kim
loại; Số phối trí = 8
IV.2.3 Mạng lập phơng tâm diện
- Đỉnh và tâm các mặt của khối hộp lập phơng là các nguyên tử
hoặc ion dơng kim loại; Số phối trí = 12
IV.2 4 Mạng sáu phơng đặc khít (mạng lục phơng):
- Khối lăng trụ lục giác gồm 3 ô mạng cơ sở Mỗi ô mạng cơ sở là
một khối hộp hình thoi Các đỉnh và tâm khối hộp hình thoi là nguyên tử
hay ion kim loại;
- Số phối trí = 12
IV.3 ảnh hởng của liên kết kim loại đến tính chất vật lý của kim loại
Do cấu trúc đặc biệt của mạng tinh thể kim loại mà các kim loại rắn có những tính chất vật lý chung: tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt, tính dẻo, ánh kim Các tính chất vật lý chung đó đều do electron tự do trong kim loại gây ra
Ngoài ra đặc điểm của liên kết kim loại: Mật độ nguyên tử (hay độ đặc khít), mật độ electron tự do, điện tích của cation kim loại cũng ảnh hởng đến các tính chất vật lý khác của kim loại nh: độ cứng, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, tỷ khối
IV.4 Độ đặc khít của mạng tinh thể, khối lợng riêng của kim loại.
IV.4.1 Độ đặc khít của mạng tinh thể
a) Mạng tinh thể lập phơng tâm khối
2 3 a a a
= 4r
Số quả cầu trong một ô cơ sở : 1 + 8 1/8 = 2
Tổng thể tích quả cầu 4 3
2
3 r
3
4 3
2 .( )
3 a 4
Thể tích của một ô cơ sở a3 a3
b) Mạng tinh thể lập phơng tâm diện
=
