CHƯƠNG 7 KHÁI QUÁT VỀ PHÂN TỬ và LIÊN KẾT HOÁ HỌC
9.5. THUYẾT MO VÀ PHÂN TỬ NHIỀU NGUYÊN TỬ - MÔ HÌNH LIÊN KẾT
Dưới đây ta sẽ khảo sát các phân tử BeH2, BeF2. 9.5.1.Mô hình liên kết không định cư :
Đây là mô hình ban đầu của thuyết MO : các electron đều thuộc hết cho phân tử - không có electron nào cho riêng từng nguyên tử.
BeH2 : Phân tử BeH2 thẳng hàng, chọn trục liên nhân là trục z. Vậy thì mặt xOy sẽ là mặt đối xứng của phân tử.
- Các AO để tổ hợp là các AO hoá trị đó là : 2s, 2pz, 2px và 2py : đối với Be.
Còn 2H dĩ nhiên là 2AO : 1sa và 1sb.
- Các AO cùng kiểu đối xứng để phủ là : 2s và 2pz
của Be với 1sa và 1sb của 2H. Vì vậy :
* 2s tổ hợp với (1sa + 1sb) để tạo thành 2 MO :
) 1 1 ( 2
) 1 1 ( 2
4 3
*
2 1
b a s
b a s
s s c s c
s s c s c
+
−
=
+ +
= σ σ
* 2pz tổ hợp với (1sa - 1sb) để tạo thành 2 MO :
) 1 1 ( 2
) 1 1 ( 2
8
* 7
6 5
b a z
z
b a z
z
s s c p c
s s c p c
−
−
=
− +
= σ σ
- Còn các AO 2py và 2px của Be không có AO của H thích hợp để tổ hợp nên nó trở thành các MO không liên kết (KL) và các MO KL này gọi là πxKLvà πyKL.
- Còn AO 1s của Be do có năng lượng thấp so với 1s của H, vả lại nó ở sâu bên trong không thể phủ với 1s của H được nên nó trở thành σ1KLs
Cấu hình electron của BeH2 : σs2σ2z có bậc liên kết 2 2 4= β=
H z H
x y
2s 1sa
1sb z
+ +
+
2pz
1sb
z 1sa
+ - - + +
σz 1
sb
1 2p0
MOBeH2
E
1
sa
1 AO2H σ*
*
σz
KL
πx KL
πy
AOBe
2s2
σs
1s1 AO F
σ* F
MOH
AO H
σ
KL
πx πyKL
2p5
E E
2p0
AO H
AO Li KL
πx πyKL
σ σ*
*
σz
1s1 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
HOÁ ĐẠI CƯƠNG 1 76
Nhưng cả 2 liên kết này đều thuộc chung cho phân tử BeH2, không có liên kết nào (σs hayσz) là riêng cho Be-Ha hay Be-Hb. Như ta thấy ở trên là σs hayσzcũng đều tổ hợp từ AO của Be và cả 2 AO 1sa và 1sb. Vì vậy ta nói liên kết không định cư.
Với phân tử BeF2.
* Do độ âm điện của F lớn hơn của Be nên 2p của F đã thấp hơn 2s của Be. Vì vậy 2s của F sẽ thấp hơn 2s của Be nhiều nên không tổ hợp được. Vậy các AO có thể tổ hợp : của Be : 2s, 2pz, 2px , 2py còn của 2F có : 2(2pz, 2px , 2py).
* Chọn trục z làm trục liên nhân do đó : (a, b là từng nguyên tử F) 2s của Be tổ hợp với (2pza + 2pzb) được 2MO : σsvàσ*s
2pz của Be tổ hợp với (2pza - 2pzb) được 2MO : σzvàσ*z 2px của Be tổ hợp với (2pxa + 2pxb) được 2MO : πxvàπ*x 2py của Be tổ hợp với (2pya + 2pyb) được 2MO : πyvàπ*y
Còn lại (2pxa - 2pxb) và (2pya -2 pyb) không có AO nào của Be tương ứng tạo nên
KL
πx và πKLy .
9.5.2.Mô hình liên kết định cư :
Theo nguyên tắc của MO thì liên kết là không định cư giữa 2 nguyên tử xác định. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp, các electron hoá trị lại có xác suất cao giữa 2 nguyên tử nào đó.
Trong tường hợp đó bằng một số phương pháp biến đổi đơn giản người ta có thể biến các liên kết không định cư thành các liên kết định cư.
Ta lấy BeH2 làm thí dụ :
Từ trên ta đã có : σs =c12s+c2(1sa+1sb)
Và : σz =c52pz+c6(1sa −1sb)
Nếu thừa nhận phần đóng góp của 2AO 2s và 2pz của Be để tạo liên kết là như nhau tức c1 = c5, tương tự c2 = c6.
Vậy thì : σs =c12s+c2(1sa +1sb)
σz =c12pz+c2(1sa −1sb)
Theo nguyên lý chồng chất các trạng thái ta có thể có 2MO tương đương (là tổ hợp của 2MO σsvà σz) : σ1=σs+σz =c1(2s+2pz)+2c21sa
Và σ2 =σs −σz =c1(2s−2pz)+2c21sb
Ta thấy σ1chỉ chứa 1sa và σ2chỉ chứa 1sb, như vậy σ1 là liên kết của Be và Ha, trong khi σ2là liên kết của Be với Hb. Đó là các MO định cư (như VB).
Ngược lại trong biểu thức của σ1 và σ2 cũng đều chứa cả 2s và 2pz của Be - Hay nói cách khác để tạo được 2 liên kết σ1 và σ2 thì Be dùng 2s và 2pz tổ hợp với nhau rồi phủ với 1sa và 1sb. Đó chính là sự lai hoá ta đã nghiên cứu.
Như vậy có thể hiểu MO định cư là trước đó các AO của 1 nguyên tử (thường là trung tâm) lai hoá với nhau, sau đó sẽ tổ hợp các AO lai hoá này với các AO thích hợp của các phối tử để cho MO.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
BÀI TẬP
1) Hãy cho biết luận điểm cơ bản của thuyết MO. Trên cơ sở đó hãy giải thích tại sao hai nguyên tử H lại liên kết với nhau tạo thành phân tử H2.
2) Hãy lập giản đồ MO cho phân tử Cl2.Khi phân tử này mất 1 electron thì khoảng cách giữa 2 nguyên tử trong phân tử sẽ biến đổi như thế nào ?
3) Viết công thức electron và vẽ giản đồ năng lượng của : FO, FO+ và FO-.Tính bậc liên kết, từ tính, so sánh độ bền của các chất đó.
4) Xét các chất : H2+
, Ne2, Be2, O2. Chất nào tồn tại được theo VB, theo MO. Chất nào tồn tại được hãy cho biết từ tính của nó theo từng thuyết.
5) Phân tích sự tạo thành phân tử N2 và ion NO+bằng các phương pháp VB và MO. Từ đó so sánh các đặc trưng liên kết và tính chất hoá học của N2 và NO+. So sánh các kết quả thu được theo 2 phương pháp .
6) Xét phân tử HX (X : F, Cl, Br, I).
a) Bằng phương pháp MO, hãy mô tả sự hình thành liên kết của các phân tử này.
b) Từ kết qủa trên, hãy giải thích sự thay đổi độ bền của liên kết HX khi thay đổi từ F đến I.
7) Xét phân tử CO2 :
a) Cho biết trạng thái lai hoá của C và O khi tham gia liên kết b) Trên phương pháp MO hãy xây dựng giản đồ cho phân tử.
8) Xét các cặp sau : C2, C2- và CN, CN -.
a) Bằng phương pháp MO hãy xây dựng giản đồ MO cho từng cặp phân tử và viết cấu hình electron của chúng.
b) So sánh độ bền cho từng cặp.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
HOÁ ĐẠI CƯƠNG 1 78
CHƯƠNG 10 TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC PHÂN TỬ
Giữa nguyên tử này và nguyên tử khác trong một phân tử có lực liên kết mạnh để hình thành phân tử là liên kết cộng hoá trị hay liên kết ion - Năng lượng của các liên kết này lớn hơn 200kJ/mol. Giữa các phân tử vẫn có liên kết, nhưng yếu hơn nhiều thường nhỏ hơn 10kJ/mol, đó là lực Vander Walls, liên kết H.