Upload
van-ngoan-pham
View
586
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Chuong 3 Thay Vien
Citation preview
9/8/2014
1
Hóa Đại Cương 1
LIÊN KẾT HÓA HỌC & CẤU TẠO PHÂN TỬ
CHƯƠNG 3
2 Hóa Đại Cương
Khi các ng.tử ở thật xa nhau tiến đến gần nhau tương tác
đầu tiên xuất hiện là lực hút, đến một khoảng cách nhất
định bắt đầu xuất hiện tương tác đẩy, khi có sự cân bằng
giữa hai lực thì liên kết hóa học hình thành.
Liên kết hóa học hình thành tương ứng với các nguyên tử
phải sắp xếp lại cấu trúc e các phân lớp ngoài cùng sao
cho đạt tổng năng lượng chung của hệ phải nhỏ thì liên kết
mới bền, nghĩa là khi có sự tạo thành liên kết thì quá trình
phát nhiệt (ΔH < 0)
SỰ HÌNH THÀNH LIÊN KẾT HÓA HỌC
3 Hóa Đại Cương
Đường cong thế năng của nguyên tử Hydro
LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ
4 Hóa Đại Cương
Bản chất liên kết: lực tương tác giữa các hạt nhân (+)
và electron (-).
Electron thực hiện liên kết hóa học là những electron
ở phân lớp ngoài cùng: ns, np, (n-1)d, (n-2)f.
SỰ HÌNH THÀNH LIÊN KẾT HÓA HỌC
5 Hóa Đại Cương
Theo cơ học lượng tử, nghiên cứu liên kết là
nghiên cứu sự phân bố mật độ e trong trường hạt
nhân của các nguyên tử tạo nên hợp chất.
Những thông số chính đặc trưng cho phân tử và
cho liên kết:
Độ dài liên kết
Góc hóa trị
Năng lượng liên kết.
SỰ HÌNH THÀNH LIÊN KẾT HÓA HỌC
6 Hóa Đại Cương
Độ dài liên kết: khoảng cách giữa 2 hạt nhân của
các nguyên tử tương tác với nhau, Å Công thức gần đúng: dA-B=rA+rB
Nếu A, B có độ âm điện khác nhau:
dA-B=rA+rB-0.09A-B
ĐỘ DÀI LIÊN KẾT
9/8/2014
2
7 Hóa Đại Cương
Góc hóa trị: là góc tạo thành bởi hai đoạn thẳng tưởng
tượng nối hạt nhân nguyên tử trung tâm với hai hạt
nhân nguyên tử liên kết.
Góc hóa trị thay đổi theo qui luật và phụ thuộc vào:
Bản chất nguyên tử.
Kiểu liên kết.
Dạng hình học phân tử.
Tương tác đẩy giữa các đôi electron liên kết và không
liên kết trong phân tử.
GÓC HÓA TRỊ
7
8 Hóa Đại Cương
Đường thẳng
Tam giác đều
8
GÓC HÓA TRỊ
9 Hóa Đại Cương
Tứ diện đều
Hai kim tự tháp
tam giác đều
GÓC HÓA TRỊ
10 Hóa Đại Cương
Bát diện đều
GÓC HÓA TRỊ
11 Hóa Đại Cương
104.5O107O
NHH
H
C
H
HHH109.5O
OHH
GÓC HÓA TRỊ
12 Hóa Đại Cương
Năng lượng liên kết, kj/mol hoặc kcal/mol: là năng
lượng cần tiêu tốn để phá hủy liên kết (hay là năng
lượng giải phóng ra khi tạo thành liên kết).
Năng lượng liên kết đặc trưng cho độ bền liên kết.
Năng lượng liên kết phụ thuộc vào độ dài liên kết, độ
bội liên kết, độ bền liên kết.
A-B(k) +EA-B A(k) + B(k), EA-B=EphânlyA-B
ABn(k) +EABn A(k) + nB(k), EA-B=(1/n)EABn
NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT
9/8/2014
3
13 Hóa Đại Cương
Ví dụ:
• Đối với H2:
Ephân li =Elk H-H = 431.4kj/mol
• Đối với H2O:
ElkTB O-H =1/2Epl H2O = 919.6/2 = 459.8kj/mol
NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT
14 Hóa Đại Cương
• Độ bội liên kết: laø soá lieân keát ñöôïc hình thaønh giöõa
hai nguyeân töû trong lieân keát.
Ví duï: C – C ñoä boäi 1, C C ñoä boäi 3.
ĐỘ BỘI LIÊN KẾT
15 Hóa Đại Cương
“Để có một trạng thái electron ổn định giống khí trơ, các
nguyên tử có khuynh hướng nhận, cho, hay chia sẻ các
electron để lớp ngoài cùng có thể có hoặc góp phần vào
4 cặp electron (bát bộ).”
Các ngoại lệ:
Thí dụ như với hydrogen và helium, số electron tối đa là
2; với phosphorus (P) số này có thể là 10; với sulfur (S)
số này có thể là 12.
QUY TẮC BÁT BỘ
16 Hóa Đại Cương
QUY TẮC BÁT BỘ
17 Hóa Đại Cương
Liên kết cộng hóa trị -Covalent bond: là kết quả của việc
chia ghép electron giữa các nguyên tử, thường gặp giữa các
phi kim.
Liên kết ion-Ionic bond: là kết quả của việc chuyển electron
từ kim loại sang phi kim.
Liên kết kim loại-Metalic bond: là lực hút giữa các nguyên
tử kim loại tinh khiết với nhau. (Tự đọc)
Liên kết hydro-Hydrogen bond: Là lực tương tác đăc biệt
tồn tại giữa 1 nguyên tố có độ âm điện lớn và hydro.
Liên kết Vander Wall: là loại liên kết xuất hiện giữa các
phân tử.
CÁC LOẠI LIÊN KẾT HÓA HỌC
18 Hóa Đại Cương
Phương pháp Valence Bond (Phương pháp VB) còn gọi
là phương pháp cặp electron.
Phương pháp này dựa trên cơ sở nghiên cứu sự hình
thành H2.
Do Walter Heitler và Fritz London đưa ra năm 1927 phát
triển trên lý thuyết cấu trúc Lewis. Về sau Linus Pauling
phát triển thêm thuyết cộng hưởng và lai hóa (1930).
Thuyết orbital phân tử (MO : Molecule Orbital)
(Mulliken):
LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ
9/8/2014
4
19 Hóa Đại Cương
Nghiên cứu LK cộng hóa trị dựa trên cơ sở nghiên cứu sự
hình thành H2.
Khi 2 ng tử ở xa nhau:
1= a1b2
Khi 2 ng tử ở gần nhau xuất hiện
Các tương tác (Ha-e2, Hb-e1):
2= a2b1
PT sóng đối với hệ H2:
H2= C1a1b2 + C2a2b1 (4.8)
+
e2
Hb
Ha
+
-
ra1 rb2
-
ra2 rb2
e1
LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ (VB)
20 Hóa Đại Cương
Giải PT sóng (4.8):
s= Cs(a1b2 +a2b1)
A= CA(a1b2 _a2b1)
s là hàm đối xứng (2 electron có spin ngược nhau).
A là hàm bất đối xứng (2 electron có spin giống nhau).
LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ (VB)
21 Hóa Đại Cương
Hàm s: Tương ứng với 2 e trao đổi có spin ngược
dấu nhau nên hút nhau làm mật độ e trong vùng
không gian giữa hai hạt nhân tăng lên → lực hút gia
tăng nên liên kết được hình thành.
Hàm A: Tương ứng với 2 e trao đổi có spin cùng dấu
nhau nên đẩy nhau làm mật độ e trong vùng không
gian giữa hai hạt nhân triệt tiêu → nên liên kết không
hình thành.
LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ (VB)
22 Hóa Đại Cương
Một số điểm cơ bản của phương pháp VB:
LK CHT hình thành trên cơ sở cặp electron ghép
đôi, spin ngược nhau và thuộc về đồng thời cả hai
ng tử tương tác. LKCHT còn gọi là LK 2 tâm.
LK CHT hình thành do sự che phủ lẫn nhau giữa các
orbital hóa trị.
LK CHT càng bền khi độ che phủ càng lớn. Độ che
phủ phụ thuộc vào kích thước, hình dạng các orbital
và hướng che phủ.
LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ (VB)
23 Hóa Đại Cương 23
Liên kết cộng hoá trị là loại liên kết bằng cặp eletron
ghép đôi.
Cặp electron ghép đôi được gọi là cặp electron liên
kết.
Khi hai nguyên tử liên kết với nhau bằng 1 cặp
electron chung-liên kết đơn, 2 cặp e chung- liên kết
đôi, 3 cặp electron-liên kết 3.
Số liên kết giữa 2 nguyên tử gọi là bậc liên kết
LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ (VB)
24 Hóa Đại Cương
LK CHT có thể biểu diễn bằng dấu “:” hoặc dấu “-”
Ví dụ:
Cl°
° °
° °
° °
Cl
°° °
° ° °°+ Cl°
° °
° °
° °
Cl
°° °
° ° °° Cl°
°
° °
° °
Cl
° °° ° °
°
NH
H
H
3H
°
N
°
°° °
°+°°
°°
°°
°°
LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ (VB)
9/8/2014
5
25 Hóa Đại Cương
Cơ chế tạo liên kết CHT:
Cơ chế ghép đôi (góp chung)
Cơ chế cho nhận
LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ (VB)
26 Hóa Đại Cương
Cơ chế góp chung:
Là sự góp chung 2 electron độc thân có spin
ngược nhau của 2 ng.tử tương tác, trong đó mỗi
ng.tử góp 1 electron. Số LK CHT bằng số electron
ghép đôi.
Nói cách khác: LK CHT được tạo thành do sự che
phủ cặp đôi 2 AO hóa trị 1 e- cuả 2 ng tử tương tác.
LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ (VB)
27 Hóa Đại Cương
LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ (VB)
28 Hóa Đại Cương
Cơ chế cho nhận:
Là sự hình thành cặp electron ghép đôi của LK CHT
chỉ do 1 trong 2 ng tử tương tác đưa ra, còn ng tử
kia nhận lấy. Ng tử thứ nhất là chất cho, ng tử thứ 2 là
chất nhận.
Bản chất và đặc trưng liên kết của cơ chế cho nhận
không khác so với LK CHT kiểu góp chung.
LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ (VB)
29 Hóa Đại Cương
NH
H
H
°°
°°
°°
°° NH
H
H
H+
+°°
°°
°°
°° H
+
Chất cho Chất nhận
ĐK để tạo liên kết cho nhận: Ng.tử cho phải có AO hóa
trị chứa cặp e- ghép đôi, ng.tử nhận phải có AO hóa trị
trống.
LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ (VB)
30 Hóa Đại Cương
Khả năng tạo LK CHT của một nguyên tử (theo cả hai cơ chế)
được quyết định bởi số AO hóa trị (AO trống, AO chứa
electron độc thân và AO chứa cặp electron ghép đôi) chứ không
phải phụ thuộc vào số e hóa trị.
Ng.tử của AO hóa trị Số AO hóa trị Số LK CHT tối đa
CKI 1s 1 1
CKII 2s 2p 4 4
CKIII 3s 3p 3d 9 9
Nguyên tố d ns (n-1)d np 9 9
LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ (VB)
9/8/2014
6
31 Hóa Đại Cương
Điều kiện để tạo LK CHT:
Năng lượng của các AO tham gia xen phủ phải xấp
xỉ nhau.
Các AO tham gia xen phủ phải có mật độ e- đủ lớn
Các AO tham gia xen phủ phải cùng tính định
hướng.
LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ (VB)
32 Hóa Đại Cương
Các kiểu liên kết (phụ thuộc vào cách che phủ và
tính đối xứng):
Liên kết (Sigma)
Liên kết (pi)
Liên kết (delta)
LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ (VB)
33 Hóa Đại Cương
Liên kết : Tạo thành do sự che phủ giữa các
AO xảy ra theo trục nối hai hạt nhân nguyên tử.
Liên kết là liên kết bền.
Các kiểu che phủ : s-s, s-p, p-p, s-d, p-d.
LIÊN KẾT
34 Hóa Đại Cương
s-s s-p p-p
p-d d-d
+
+ +
+ + + - - -
+ +
LIÊN KẾT
35 Hóa Đại Cương
Liên kết đơn luôn luôn là liên kết σ
LIÊN KẾT
36 Hóa Đại Cương
Liên kết : có vùng xen phủ của các AO nằm ở hai bên trục
nối hai hạt nhân nguyên tử.
Do mật độ xen phủ nhỏ hơn nên lk kém bền hơn lk .
Các kiếu che phủ : p-p, p-d, d-d.
+ +
_ _
LIÊN KẾT
9/8/2014
7
37 Hóa Đại Cương
Liên kết không định chỗ: Là liên kết mà các e-
không cố định ở các nguyên tử ban đầu, chúng xoay
quanh trên một số hạt nhân.
Những hệ có liên kết π không định chỗ thường có
bậc liên kết không nguyên.
Bậc LK C-C (của C6H6)= 1.5 (=1/2(18/6))
LIÊN KẾT
38 Hóa Đại Cương
LIÊN KẾT
Liên kết : tạo thành khi 2 AO d nằm trong 2 mặt phẳng
song song che phủ lẫn nhau theo cả “4 múi”.
Các kiếu che phủ : d-d.
Liên kết kém bền
y y
x x
dx2-y2 - dx2-y2
y y
x x
z
z
dxy - dxy
y y
x x
dx2-y2 - dx2-y2
y y
x x
z
z
dxy - dxy
39 Hóa Đại Cương
Bậc liên kết: Là số cặp e- chung giữa 2 ng.tử tạo thành liên
kết cộng hóa trị.
LK đơn có bậc liên kết bằng 1.
LK đôi có bậc bằng 2.
LK ba có bậc bằng 3.
Ngoài ra bậc LK có thể có giá trị lẻ là do ngoài liên kết,
còn có 1 liên kết di động.
BẬC LIÊN KẾT
40 Hóa Đại Cương
Bậc liên kết càng lớn thì độ dài liên kết giảm, năng
lượng càng lớn.
Ví dụ:
• Lên kết F-F O=O NN
• Bậc LK 1 2 3
• Độ dài LK() 1.42 1.207 1.095
• E (kj/kmol) 151 493 940
(VD: NO2 là (1+1/2)1,5; CO32- và SO3
2- là 1,33)
BẬC LIÊN KẾT
41 Hóa Đại Cương
Cách tính bậc liên kết CHT theo thuyết VB:
Bậc liên kết = 1σ + (số lk π ⁄ số lk σ)
= ½(Tổng số e lk ⁄ số lk σ)
VD: CH2=CH─CH=CH2
Blk= 1σ + 2π /3σ = ½(5lk2 /3σ) = 1,67
Bậc LK C-C (của C6H6)= 1.5 (=1/2(18/6))
BẬC LIÊN KẾT
42 Hóa Đại Cương
NO2 =(1+1/2)=1,5 CO32- = 1/2(4x2/3)=1,33
9/8/2014
8
43 Hóa Đại Cương
• Liên kết di động (không định chỗ) 2 electron, đa tâm.
• Ví dụ C2H6
BẬC LIÊN KẾT
44 Hóa Đại Cương
Tính bão hòa:
Vì mỗi nguyên tố hóa học chỉ có một số giới hạn AO hóa trị nên
số LK CHT có thể tạo được cũng có giới hạn. Đó là tính bão
hòa của liên kết cộng hóa trị.
TÍNH CHẤT CỦA LIÊN KẾT CHT
45 Hóa Đại Cương
Tính có cực:
Đôi điện tử trong liên kết cộng hóa trị có thể bị lệch
về phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn, đó là sự
phân cực của liên kết cộng hóa trị.
Đám mây e- lệch về phía nguyên tử có độ âm điện
lớn hơn làm nguyên tử này tích điện âm -nguyên
tử kia tích điện dương +
TÍNH CHẤT CỦA LIÊN KẾT CHT
46 Hóa Đại Cương
Sự phân cực làm xuất hiện lưỡng cực điện gồm hai
tâm có điện tích trái dấu (+, - ) , nằm cách nhau một
khoảng l (gọi là độ dài lưỡng cực = độ dài liên kết).
Lưỡng cực này được đặc trưng bằng vectơ momen
lưỡng cực , có chiều quy ước từ cực dương đến cực
âm.
Moment lưỡng cực (Debyes ,D)
= Q. l
Q là độ lớn của điện tích (Coulomb), l (m).
TÍNH CHẤT CỦA LIÊN KẾT CHT
47 Hóa Đại Cương
Xét HF
Sự sai biệt độ âm điện dẫn đến tạo liên kết phân cực
Mật độ e phân bố gần F hơn H
HF tạo thành 1 lưỡng cực
Cực dương trong lưỡng cực ký hiệu +và cực âm ký hiệu -
TÍNH CHẤT CỦA LIÊN KẾT CHT
48 Hóa Đại Cương
Tính có cực của phân tử CHT: được tính bằng phép tổng các
vectơ momen lưỡng cực của tất cả các liên kết và của các đôi
không liên kết trong phân tử.
Các phân tử CHT không cực như H2, O2, N2,… hoặc các phân tử
có tính đối xứng trong không gian (CO2, BeCl2, BF3, CH4, CCl4,
SiF4, NH4+, C2H2, C2H4, C2H6, C6H6 ...) có = 0.
Các phân tử CHT có cực thường là các phân tử bất đối xứng
trong không gian ( SO2, NO2, NH3, H2O, CH3Cl, CH2Cl2…).
TÍNH CHẤT CỦA LIÊN KẾT CHT
9/8/2014
9
49 Hóa Đại Cương
Tính có cực của phân tử cộng hóa trị ảnh hưởng đến khả
năng hòa tan và hóa lỏng của chúng:
Hòa tan: Các chất có cực thì tan tốt trong dung môi có
cực (H2O, C2H5OH, CH3COOH, CHCl3, (C2H5)2O…); các
chất không cực tan tốt trong dung môi không cực (CCl4,
CS2, C6H6, n-C6H14, xylen…)
Hóa lỏng: Các chất có cực (NH3, CH3Cl…)dễ hóa lỏng
hơn các chất không cực.
TÍNH CHẤT CỦA LIÊN KẾT CHT
50 Hóa Đại Cương
Phân tử cộng hóa trị thường có giá trị = 0 4 D,
càng lớn phân tử càng phân cực mạnh.
TÍNH CHẤT CỦA LIÊN KẾT CHT
51 Hóa Đại Cương 51
Tính định hướng:
Để tạo LK CHT bền, mật độ e- vùng xen phủ phải lớn, vì thế
các AO khi xen phủ phải theo hướng sao cho mức độ che
phủ các AO tương tác cực đại.
Điều này quyết định tính định hướng của LK CHT (góc liên
kết và hình dạng phân tử).
TÍNH CHẤT CỦA LIÊN KẾT CHT
52 Hóa Đại Cương
Các nguyên tử khi tương tác với nhau có thể không
dùng những AO thuần khiết s, p, d…mà có thể sử
dụng các AO trộn lẫn để xen phủ với các AO khác.
Để tăng mật độ xen phủ, các nguyên tử (thường là
nguyên tử trung tâm trong các phân tử có từ 3 nguyên
tử trở lên) dùng các orbital lai hóa (AOLH) thay thế
cho các AO thuần khiết s, p, d, f để tạo liên kết.
Các AO lai hóa (trộn lẫn) được hình thành do sự tự
che phủ nhau giữa các AO trong 1 ng tử. Hiện
tượng này gọi là sự lai hóa các AO.
THUYẾT LAI HÓA AO
53 Hóa Đại Cương
Khi tổ hợp (trộn lẫn) các AO s, p, d ..tạo thành những
AO lai hoá, thì các AO lai hóa có năng lượng, hình
dạng, kích thước giống nhau.
Có bao nhiêu AO tham gia vào lai hoá thì có bấy nhiêu
AO lai hoá tạo thành và bố trí đối xứng nhau trong
không gian.
Các kiểu lai hoá phổ biến là sp, sp2, sp3, sp3d, sp3d2.
THUYẾT LAI HÓA AO
54 Hóa Đại Cương
Các orbital tham gia lai hoá phải có năng lượng gần nhau.
Mật độ electron phải lớn.
Mật độ che phủ của các AO càng tăng thì lai hóa càng bền
Điều kiện về lai hoá:
THUYẾT LAI HÓA AO
9/8/2014
10
55 Hóa Đại Cương
Tổ hợp của 1 orbital s và 1 orbital p tạo thành 2 lai hóa sp
đối xứng nhau 180o.
LAI HÓA sp
56 Hóa Đại Cương
• Xét sự tạo thành phân tử BeCl2:
1s 2s 2p
Be:
Ở trạng thái kích thích
1s 2s 2p
Be* Lai hóa sp
Cl
2 orbital lai hóa sp của Be che
phủ với 2 orbital 3p của ng tử Cl
tạo thành 2 lk Be-Cl.
1s 2s 2p 3s 3p
(Be sửû duïng 1AO s, 1AO p (chöùa
e) ñeå lai hoaù taïo 2 AO lai hoùa
sp).
(Cl coù 1 AO p chöùa e ñoäc thaân, neân
Cl söû duïng AO naøy ñeå che phuû taïo
lieân keát )
LAI HÓA sp
57 Hóa Đại Cương
Xảy ra giữa 1 orbital s và 2 orbital p tạo thành 3 lai hóa
sp2 đối xứng nhau 120o.
Ví dụ:
LAI HÓA sp2
58 Hóa Đại Cương
Cl
Cl Cl
B* : 2s1 2p2
Cl : 3s2 3p5
Lai hóa sp2
• Xét phân tử BCl3:
LAI HÓA sp2
59 Hóa Đại Cương
Xảy ra giữa 1 orbital s và 3 orbital p tạo thành 4 lai hóa
sp3 đối xứng nhau trong không gian theo hướng đến 4
đỉnh của tứ diện đều; (109o28’).
LAI HÓA sp3
60 Hóa Đại Cương
C : 2s2 2p2
C* : 2s1 2p3
H H
H H
sp3
• Xét phân tử CH4:
LAI HÓA sp3
9/8/2014
11
61 Hóa Đại Cương
Góc hóa trị của phân tử H2O là 104o5 (<109o28’), của
NH3 là 107o3
Sự sai lệch xảy ra khi ng tử trung tâm của phân tử có
mặt electron hóa trị tự do, tạo nên hiệu ứng đẩy giữa
chúng với các cặp electron liên kết.
SAI LỆCH GÓC HÓA TRỊ
62 Hóa Đại Cương
Xét phân tử H2O:
Số cặp e quanh O =2+ ½(6+0-2)=2+2=4→sp3
O lai hóa sp3, trong đó có 2 AO lai hóa chứa 1 e độc thân che
phủ tạo liên kết với H,
2 AO lai hóa còn lại chứa 1 cặp e không tạo liên kết và gây
hiệu ứng đẩy với 2 cặp e liên kết góc Lk giảm (104.5o)
O : 2s2 2p4
sp3
H H
SAI LỆCH GÓC HÓA TRỊ
63 Hóa Đại Cương
SAI LỆCH GÓC HÓA TRỊ
64 Hóa Đại Cương
Trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm có thể dự đoán dựa vào:
Góc hóa trị
Hoặc cấu hình không gian
Phép thay thế nguyên tử:
Ví dụ:
Góc hóa trị ~180o - lai hóa sp CO2 (OĈO = 180o)
Góc hóa trị ~120o’ - lai hóa sp2 SO2 (OŜO = 119,5o)
Góc hóa trị ~109o28’- lai hóa sp3 NH3 (HNH = 107,3o)
DỰ ĐOÁN TRẠNG THÁI LAI HÓA
65 Hóa Đại Cương
Phép thay thế nguyên tử:
Có thể thay thế 1 ng.tử trong một phân tử đã biết cấu hình
không gian bằng 1 ng.tử khác cùng phân nhóm với nó thì
cấu hình cũng gần tương tự nhau.
Đối với nguyên tử trung tâm chỉ nên cách nhau 1 chu kỳ,
đặc biệt đối với nguyên tử biên có thể thay thế H bằng
các nguyên tử halogen X và ngược lại)
Ví dụ:
CO2 (sp); tương tự là: CS2, SiO2 …
CH4, SiH4, CCl4, SiF4 (sp3-tứ diện đều); CH3Cl,CH2Cl2,
CHCl3, CF2Cl2(tứ diện).
NH3, PH3, NF3, PCl3 ( tháp tam giác).
DỰ ĐOÁN TRẠNG THÁI LAI HÓA
66 Hóa Đại Cương
Trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm có thể dự đoán
dựa vào: N=n+½k
n: số nguyên tử biên (số nguyên tử liên kết trực tiếp với
nttt).
½k : số cặp e tự do không liên kết của nttt ( k = số e tự
do).
k = x ± y – z
x: số e lớp ngoài cùng của nttt.
y: số e mất hay nhận tương ứng với điện tích ion (nếu là
ion).
z : số e cần thiết để các nguyên tử biên đạt cấu hình khí
trơ.
DỰ ĐOÁN TRẠNG THÁI LAI HÓA
9/8/2014
12
67 Hóa Đại Cương
Nếu:
N = 2 → lai hóa sp
N = 3 → lai hóa sp2
N = 4 → lai hóa sp3
N = 5 → lai hoá sp3d
N = 6 → lai hoá sp3d2
DỰ ĐOÁN TRẠNG THÁI LAI HÓA
68 Hóa Đại Cương
Ví dụ:
CO2: N = 2 + ½(4-2×2) = 2 => C (sp).
SO2 : N = 2 + ½(6-2×2) = 3 => S (sp2).
NH3 : N = 3 + ½(5-3) = 4 => N (sp3).
H2O : N = 2 + ½(6-2) = 4 => O (sp3).
NH4+: N = 4 + ½(5-1-4) = 4 => N (sp3).
SO42-: N = 4 + ½(6+2-4×2) = 4 => S (sp3).
DỰ ĐOÁN TRẠNG THÁI LAI HÓA
69 Hóa Đại Cương
Đám mây electron LK phân bố đối xứng gọi là LK đồng
cực.
Đám mây electron LK phân bố không đối xứng và dịch
chuyển về phía ng tử có độ âm điện lớn hơn gọi là LK
có cực.
SỰ PHÂN CỰC CỦA LIÊN KẾT CHT
70 Hóa Đại Cương
Sự ion hóa:
Là sự phá vỡ liên kết CHT (do sự phân cực mạnh) và hình
thành các ion âm và ion dương.
H Cl
° °° ° °
°°° H
+Cl
° °° ° °
°°°+
_
Hiện tượng phân li:
Là sự phá vỡ liên kết CHT, electron chung bị tách làm đôi và
mỗi ng tử 1 electron.
H Cl
° °° ° °
°°° H Cl
° °° ° °
°°° +
SỰ PHÂN CỰC CỦA LIÊN KẾT CHT
71 Hóa Đại Cương
Theo thuyết liên kết ion, tương tác hóa học bao gồm 2
quá trình: quá trình tạo thành ion của các ng tử và hút
nhau bằng lực hút tĩnh điện.
Quá trình tạo thành ion-các nguyên tử chuyển electron hoá trị
cho nhau:
Nguyên tử dương điện cho electron ion dương
(cation)
Nguyên tử âm điện nhận electron ion âm (anion).
Ví dụ: Na+Cl Na+ + Cl- NaCl
Liên kết ion là loại liên kết được tạo thành nhờ lực hút tĩnh
điện giữa các ion trái dấu.
LIÊN KẾT ION
72 Hóa Đại Cương
Khả năng tạo liên kết ion phụ thuộc vào khả năng tạo ion
của các nguyên tố:
Các nguyên tố có năng lượng ion hóa càng nhỏ (kim loại
kiềm, kiềm thổ) càng dễ tạo cation.
Các nguyên tố có ái lực e càng âm (halogen) càng dễ tạo
anion.
Nguyên tố có tính kim loại mạnh và nguyên tố có tính phi
kim mạnh dễ tạo thành liên kết ion.
Các nguyên tố s nhóm I, II và p nhóm VII dễ tạo thành hợp
chất liên kết ion.
KHẢ NĂNG TẠO LIÊN KẾT ION
9/8/2014
13
73 Hóa Đại Cương 73
Để đánh giá độ ion của liên kết, có thể dựa vào
đại lượng momen lưỡng cực & độ âm điện.
Sự chênh lệch độ âm điện của các nguyên tố
càng lớn tính ion của hợp chất càng cao.
Độ âm điện
Theo Pauling
Na :0.93
Ka: 0.82
Cl: 3.16
KHẢ NĂNG TẠO LIÊN KẾT ION
74 Hóa Đại Cương
Theo thực nghiệm: mật độ electron giữa các ion >0
trong liên kết ion bao giờ cũng có độ cộng hóa trị.
Theo Pauling, khi 1, 7 (độ ion >50%) xem là
LK ion.
: hiệu số độ âm điện
KHẢ NĂNG TẠO LIÊN KẾT ION
75 Hóa Đại Cương
ĐẶC ĐIỂM CỦA LIÊN KẾT ION
Cấu trúc: các ion sắp xếp đặc
khít (rigid structure).
Tinh thể rắn, giòn.
Dễ tan trong các dung môi phân
cực.
Không dẫn điện ở trạng thái rắn (lý
tưởng).
Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi
cao.
Dẫn điện ở trạng thái nóng chảy,
dung dịch.
76 Hóa Đại Cương
Tính không định hướng.
Tính không bảo hòa.
Phân cực rất mạnh
TÍNH CHẤT LIÊN KẾT ION
77 Hóa Đại Cương
Hai tính chất đặc trưng của liên kết ion là:
Tính không định hướng và Tính không bảo hòa:
Do các ion được xem như các quả cầu tích điện có
trường điện phân bố đồng đều về mọi hướng. Nên Ion
có thể hút các ion trái dấu theo bất kỳ hướng nào trong
không gian.
TÍNH CHẤT LIÊN KẾT ION
78 Hóa Đại Cương
Sự phân cực ion: Là sự chuyển dịch đám mây electron đối
với hạt nhân của 1 ion dưới tác dụng của điện trường 1 ion
khác.
Ion có đám mây bị biến dạng gọi là ion bị phân cực.
Ion có điện trường tác dụng gọi là ion phân cực.
+ -
Do sự phân cực ion nên các đám mây của
cation và anion không hoàn toàn tách rời
nhau mà che phủ nhau một phần → Không
có liên kết ion 100%. Trong liên kết ion có
một phần liên kết cộng hóa trị.
TÍNH CHẤT LIÊN KẾT ION
9/8/2014
14
79 Hóa Đại Cương
Các yếu tố ảnh hưởng:
Sự phân cực ion phụ thuộc vào điện tích, kích thước và
cấu hình electron của nó.
Ion bị phân cực càng mạnh khi e ngoài cùng lk yếu với hạt
nhân.
Khi điện tích & cấu hình của ion là như nhau, độ bị phân
cực tăng theo chiều tăng kích thước ion; (Ion có r càng lớn
thì càng dễ bị phân cực).
Độ bị phân cực sẽ nhỏ nhất ở các ion có cấu hình khí trơ
8e: ns2np6.
SỰ PHÂN CỰC ION
80 Hóa Đại Cương
Chiều tăng độ bị phân cực: Li+ < Na+ < K+ <Rb+ < Cs+
F- < Cl- <Br- <I-
Ion có tác dụng phân cực lớn khi điện trường của nó tạo ra
càng mạnh
Điện tích ion tăng → mật độ điện tích tăng → độ phân cực tăng.
Kích thước ion tăng → mật độ điện tích giảm → độ phân cực
giảm. (do tăng kích thước ion làm giảm tác dụng của điện trường).
Khi các ion ngược dấu tác dụng với nhau, có thể xem chỉ có
anion bị phân cực, cation đóng vai trò ion phân cực.
Độ phân cực của kim loại kiềm:
Li+ > Na+ > K+ >Rb+ > Cs+
SỰ PHÂN CỰC ION
81 Hóa Đại Cương
•
Sự điện ly:
Sự phân cực ion dẫn đến xuất hiện độ cộng hóa trị trong
liên kết ion, làm giảm khả năng điện ly của hợp chất ion
trong dung dich thành các ion.
Ví dụ:
Dung dịch HgCl2 hầu như không điện ly.
Dung dịch SrCl2 phân ly hoàn toàn thành ion.
Nguyên nhân: Tác dụng bị phân cực của ion Hg2+ (5s2 5p6
5d10) mạnh hơn ion Sr2+ (4s2 4p6).
ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ PHÂN CỰC ĐẾN TÍNH CHẤT
CỦA CÁC HỢP CHẤT ION
82 Hóa Đại Cương
Độ bền:
Sự phân cực giữa các ion làm tăng độ cộng hóa trị của LK,
giảm lực hút nên độ bền của tinh thể giảm. Do đó nhiệt độ
phân ly, nhiệt độ nóng chảy của hợp chất giảm xuống.
Ví dụ:
Nhiệt độ nhiệt phân: tăng dần
MgCO3 (600oC) <CaCO3 (897oC)<SrCO3 (1100oC)< BaCO3
(1400oC)
Do giảm khả năng phân cực của cation theo chiều tăng kích
thước.
ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ PHÂN CỰC ĐẾN TÍNH CHẤT
CỦA CÁC HỢP CHẤT ION
83 Hóa Đại Cương
CÁC VÍ DỤ
Tính cộng hóa trị tăng dần
Tính cộng hóa trị tăng dần
Chất LiF LiCl LiBr LiI
Tnc, 0C 848 607 550 469
84 Hóa Đại Cương
•
Độ tan:
Khả năng hòa tan của các hợp chất ion (các muối) phụ
thuộc chủ yếu vào năng lượng mạng tinh thể (U) và năng
lượng hydrat hóa của cation (Eh).
Nếu U>Eh thì muối khó tan.
Nếu U<Eh thì muối dễ tan.
ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ PHÂN CỰC ĐẾN TÍNH CHẤT
CỦA CÁC HỢP CHẤT ION
9/8/2014
15
85 Hóa Đại Cương
Liên kết Van der Walls là tương tác tĩnh điện giữa phân
tử với phân tử.
Đặc điểm:
Là loại liên kết xuất hiện giữa các phân tử với nhau.
Có thể xuất hiện ở những khoảng cách tương đối lớn
Có năng lượng nhỏ (5 ÷ 10 kcal/mol)
Có tính không chọn lọc và không bão hòa
Có tính cộng.
LIÊN KẾT VANDER WALLS
86 Hóa Đại Cương
Bản chất là tương tác tĩnh điện, bao gồm 3 thành phần
tương tác :
Tương tác định hướng: Xuất hiện giữa các phân tử có cực,
Tương tác tăng khi momen lưỡng cực của các phân tử tăng và
nhiệt độ của hệ giảm xuống.
Tương tác cảm ứng: Xuất hiện giữa các phân tử có cực và không
cực. Phân tử không cực tiến đến gần phân tử phân cực mạnh và bị
phân cực tạm thời, tương tác với nhau.
LIÊN KẾT VANDER WALLS
87 Hóa Đại Cương
Tương tác khuyếch tán: Xuất hiện giữa các phân tử có cực hoặc
không cực bất kỳ, nhờ lưỡng cực nhất thời.
Chú ý:
Lực liên kết Vander Walls yếu, dễ bị phá vỡ.
LIÊN KẾT VANDER WALLS
88 Hóa Đại Cương
Lieân keát taïo thaønh giöõa H ñaõ tham gia lieân keát trong
phaân töû naøy vôùi nguyeân töû coù ñoä aâm ñieän maïnh trong
phaân töû khaùc.
Ví dụ: Trong dung dòch HF, H2O, NH
3…
Lieân keát Hydro (E = 8 40KJ/mol)
LIÊN KẾT HYDRO
89 Hóa Đại Cương
VÍ DỤ H2O
90 Hóa Đại Cương
VÍ DỤ ACID ACETIC
9/8/2014
16
91 Hóa Đại Cương
Liên kết hydro là loại lk yếu, yếu hơn nhiều so với lk
cộng hoá trị nhưng mạnh hơn lk Van der Waals.
Lk hydro càng bền khi X và Y có độ âm điện càng lớn,
kích thước càng nhỏ -Y- - H+ … X- -
Thöù töï giaûm daàn lieân keát Hydro: F, O, N…(Giaûm theo ñoä aâm
ñieän giaûm daàn).
LIÊN KẾT HYDRO
92 Hóa Đại Cương
Baûn chaát lieân keát Hydro:
Laø lieân keát coù tính chaát ion.
Coù tính cho, nhaän (H+ nhaän caëp electron).
Thöù töï giaûm daàn lieân keát Hydro: F, O, N…(Giaûm theo ñoä
aâm ñieän giaûm daàn).
LIÊN KẾT HYDRO
93 Hóa Đại Cương
Ảnh hưởng của lk hydro đến tính chất của
các chất:
Tăng Ts, Tnc (của các chất có lk hydro)
Giảm độ acid của dung dịch
Tăng độ tan trong dung môi
LIÊN KẾT HYDRO
94 Hóa Đại Cương
BÀI TẬP