Bài giảng Hóa đại cương A1 - Chương 1 cấu tạo nguyên tử

ử ươ ấ ạ

ấ ử ng 1 c u t o nguyên t ủ

ặ ử ủ

ử

o = 1) nên :

ố ố ạ

ổ ố ệ ằ

Z X

ạ Z = T ng s h t proton = t ng s h t electron. ổ ố ạ Ch 1.1. C u trúc electron c a nguyên t 1.1.1. Các đ c tr ng t ng quát c a nguyên t ư ổ 1.1.1.1. Thành ph n nguyên t ầ Proton (p) 1,0072 u = 1,6725. 10-27 Kg + 1,602. 10-19 (C) = +eo Notron (n) 1,0086 u = 1,6748. 10-27 Kg 0 Electron (e) 5,4858. 10-4 u = 9,11. 10-31 Kg - 1,602. 10-19 (C) = -eo 1.1.1.2. S đi n tích h t nhân - S kh i h t nhân ạ ệ ố ạ

ố A ệ

ộ ồ ố ị

ừ ấ ử ấ ọ ặ mà Z = ∑e => Z đ c

ư

có cùng Z. ử ề ạ ỗ

35

ể 1H ; 3 ụ

có cùng Z. ố

ử hóa h c đ - Z b ng t ng đi n tích các h t proton (do +e ổ - A = Z + N. - Ký hi u hóa h c c a m t nguyên t ọ ủ 1.1.1.3. Nguyên t hóa h c - đ ng v ọ - T c u hình electron → tính ch t hóa h c nguyên t hóa h c. tr ng cho nguyên t ọ ố hóa h c có th có nhi u d ng nguyên t - M i m t nguyên t ọ ố ộ 1H ; 2 1 1H ạ 17Cl ; 37 17Cl … hóa h c là t p h p các d ng nguyên t ợ ạ ậ c a m t nguyên t ộ ử ủ ồ c g i là đ ng ọ ượ ọ ộ ạ ố

ố

hóa h c có cùng proton khác notron ồ ộ ố ọ

ợ ọ ồ

ị ủ ỗ ợ

=

A

+ aA bB + a b đ ng v có s kh i A, B ố

Ví d : H có 3 d ng Cl có 2 d ng ạ -V y: Nguyên t ọ ậ - M i m t d ng nguyên t ỗ đó. v c a nguyên t ị ủ - V y các đ ng v c a m t nguyên t ị ủ ậ => A khác nhau. hóa h c là h n h p các đ ng v nên nguyên t - Vì đa s các nguyên t ử ỗ ố ố kh i c a các nguyên t kh i trung bình c a h n h p các là nguyên t ố ủ ử ố ố đ ng v . ị ồ

ố ị ử ồ

ố ố ị ị

ng t c a Bohr và s l ng c a nguyên hóa năng l a , b : S nguyên t ố A : s kh i c a đ ng v 1 ố ủ ồ B : s kh i c a đ ng v 2 ố ủ ồ ử ủ ẫ ự ượ ượ ử ủ

ử

ứ ự ọ

c đ dài sóng và t n s ánh sáng có th b h p th hay đ ầ ố ượ

i ta đã xác đ nh đ . Ng 1.2. M u nguyên t tử 1.2.1. Ph nguyên t ổ - 1913 nhi u công trình nghiên c u th c nghi m c a các nhà khoa h c đã ề đo đ ượ ộ b i nguyên t ở ụ c r ng m i m t lo i nguyên t ộ ệ ủ ể ị ấ ỗ c phát ra ử ượ ằ ườ ử ạ ị

ỉ ấ ể ặ

i đi u này ng ị t (đ c tr ng) và ư H là ử ể ặ ả

ề ổ ơ ử ơ ả

ầ ố ệ i ta dùng nguyên t ườ ấ H t o thành m t s dãy và v trí c a các dãy đ n gi n nh t và có ph đ n gi n nh t. ạ ủ ử ị

ch có th phát ra hay h p th ánh sáng có t n s riêng bi ụ xác đ nh nghiêm ng t. Đ lý gi nguyên t ấ - Các v ch ph nguyên t ạ đ ể ượ c bi u di n chính xác b ng bi u th c c a Ritz: ằ ổ ễ

)

ể s = -

s là: ứ ể ố

-1); c : v n t c ánh sáng = 3.10

ệ ữ s : S sóng; bi u th c liên h gi a s ả ộ ố ứ ủ 1 1 HR ( 2 ,2 n n , l và n n 1 = = l

c ậ ố ổ

ằ

ệ

8 m/sec. ượ

c. H. Trong i thích đ ử ả ớ ữ ố ố ệ ầ ụ ể ố ớ ộ ọ

thuy t v nguyên t Bohr ạ ạ ư ế ề ả ử ẫ (m u

RH : h ng s Rydberg (109677,6 cm V i các s li u th c nghi m c th đ i v i ph nguyên t ự nh ng năm đ u th k XX không m t nhà bác h c nào gi ế ỷ 1.2.2. M u nguyên t ử ẫ - Năm 1913 Bohr đã m nh d n đ a ra gi nguyên t ử

ể ạ ộ

electron chuy n đ ng xung quanh h t nhân trên ử ỹ ạ ừ ồ ị ỹ ạ ượ ng

Bohr) • Trong nguyên t nh ng qu đ o tròn đ ng tâm xác đ nh (qu đ o d ng hay qu đ o l ỹ ạ ữ t ).ử

• Khi chuy n đ ng trên qu đ o này electron không thu hay phát năng ng (năng l ỗ ộ ộ ủ ỹ ạ ượ

ỹ c bão toàn). Nh v y m i m t qu ư ậ ng xác đ nh (nghĩa là năng ị ượ

ủ l ượ đ o d ng t ạ ừ l ượ ng c a electron đ ứ ng t ử

hóa). ng, electron chuy n t

i) ượ qu đ o có m c năng ể ừ ỹ ạ ng cao h n. (và ng ơ ứ c l ượ ạ

ng c a electron ố ộ ượ ủ

c ph c a nguyên t H (m t s các ion gi ng H: ỹ ạ ổ ủ ộ ố ượ ử ố

ể ượ ng ng v i m t m c năng l ớ ộ ươ ứ c l ng c a electron đ ượ ượ • Khi h p thu năng l ượ ấ l ng th p đ n qu đ o có m c năng l ỹ ạ ế ượ ứ ấ thuy t trên: - K t qu thu đ gi c t ượ ừ ả ế ế ả • Tính đ c bán kính qu đ o b n, t c đ và năng l ượ ề ỹ ạ khi chuy n đ ng trên qu đ o đó. ể ộ • Gi i thích đ ả Li2+ , He+ ) -H n ch c a mô hình nguyên t

Bohr: tr ộ ừ ườ ở

i thích đ ế ủ ạ • Đ t nguyên t ặ ệ ứ ử H vào m t t ề ứ ạ ng, quang ph H tr nên ph c t p ổ ế ủ c b ng lý thuy t c a ượ ằ ể ả

ử (hi u ng Zeeman) đi u này không th gi Bohr.

• V i nh ng nguyên t ữ

ớ ề ơ ữ nhi u electron h n, lý thuy t Bohr cho nh ng ế

ả ệ

ng t hóa, v trí và t c đ ớ ố ủ c l ượ ượ ử ố ộ

• Năng l c a electron đ ủ

ử k t qu không đúng v i th c nghi m. ự ế ng t c c a electron đ ị c xác đ nh chính xác là hoàn toàn sai l m. ượ ượ ầ ị

ẫ ệ ế ủ ộ ề ả

ậ ng t " đã bác b hoàn toàn mô hình nguyên t ỏ ờ ử ệ ơ ọ ượ

ậ

i Pháp) cho r ng "m i d ng v t ch t ấ ộ ọ ạ ậ ươ ứ ể ấ ộ

ễ ấ

ằ ng ng v i m t sóng g i là sóng v t ch t de Broglie" ọ ạ l ng giao thoa, nhi u x ) ệ ượ Z ] ấ

h mc

Z

- Vi c phát hi n ra tính sóng c a electron d n đ n m t n n t ng v t lý m i ra đ i "C h c l ử ớ Bohr. 1.2.3.Tính ch t sóng - h t c a electron ạ ủ ấ - 1924 Louis de Broglie (ng ườ chuy n đ ng t ớ Tính ch t sóng (hi n t V t ch t (ánh sáng) ậ l =

] Tính ch t h t (hi u ng quang đi n, compton…) m ấ ạ ệ

h : h ng s planck = 6,6256.10 ằ ố

h mc

ệ ứ -34 J.s = 6,6256.10-27 ec.s l = ) v : t c đ chuy n đ ng c a h t (đ i v i photon thì ủ ạ ố ộ ố ớ ể ộ

ố ượ ng m t t n, chuy n đ ng v i t c đ v = 100 ộ ớ ố ộ ộ ấ ể ế

6 m/s ; me =

l c a sóng de Broglie và cho nh n xét đ i v i t ng ố ớ ừ

H chuy n đ ng v i v n t c v = 10 ử ớ ậ ố ể ộ

ậ ủ

34

38

=

2, 4.10

m

6, 6256.10 5

Bài t p áp d ng: ậ ụ 1.M t chi c ôtô có kh i l ộ km/h. 2.Electron trong nguyên t 9,1.10-31 kg. Tính b tr ườ Bài gi c sóng ướ ng h p. ợ i:ả - -

h mc

3 10 .

1. l = = . B c sóng quá nh . ỏ ướ

10 3600 ố ớ ạ 34

10

l =

=

=

7, 2.10

7, 2

0 A

m

31

6

6, 6256.10 9,1.10 .10

ư ậ - - - 2. =

Nh v y đ i v i h t vĩ mô sóng de Broglie hoàn toàn vô nghĩa. h mc V i h t vi mô sóng de Broglie gi m t vai trò quan tr ng. ớ ạ

ọ thuy t de Broglie thì ánh sáng thuy t v photon và gi ữ ộ ả ậ ả ế

ế ề ừ ấ ạ ạ

ấ ị ấ ệ

Nh n xét: Theo gi cũng nh các h t vi mô v a có tính ch t sóng v a có tính ch t h t. ư 1.2.4.Nguyên lý b t đ nh Heisenberg.(h qu c a nguyên lý de Broglie) l mà l không Theo de Broglie: p = mv = c sóng ố ủ ướ

ừ ả ủ h l ; p là hàm s c a b ể

ờ c di n t ố ủ ọ ộ ấ ị ạ ễ ả ượ

ph i là hàm s c a t a đ nên p cũng không th là hàm c a t a đ . ả ủ ọ ộ N i dung nguyên lý b t đ nh " không th đ ng th i xác đ nh chính xác c ả ị ể ồ ộ v trí và t c đ c a vi h t". Nguyên lý này đ qua h th c g i là ị ệ ứ ọ ố ộ ủ h th c b t đinh Heisenberg. ệ ứ ấ

x p .

h p 2

D D (cid:0)

ng

e = 9,1.10-31 kg ; kích th

càng nh thì i : đ b t đ nh v t a đ ề ọ ộ : đ b t đ nh v đ ng l ề ộ pD ỏ ượ càng l n và ng ớ c l ượ ạ

ướ ủ c c a

8 m/s. Cho bi

ử

xD ộ ấ ị pD ộ ấ ị xD Theo h th c ệ ứ Bài t p áp d ng: ậ ụ 1. S chuy n đ ng c a electron có m ủ ộ ự ể -10 m. nguyên t d = 10 V n t c c a electron là 3.10 thuy t.ế

t tính nghi m đúng c a gi ậ ố ủ ế ủ ệ ả

34

D = D x p .

x m v . .

x

(cid:0) 10-10 = 1 0A

h �� p 2

6, 6256.10 31 8 2.3,14.9,1.10 .3.10

xD

xvD

- D D D - D

h m v . ng 200 g và

27

22

=

5.10

xvD

8

= � p 2 . ố ượ 6, 6256.10 2.3,1416.200.10

2.M t qu bóng có kh i l = ? ả ộ = 10-8 cm. V y ậ - - (cid:0) - cm/sec (m t giá tr r t bé) ị ấ ộ

Nh v y: ư ậ

h m đ cũng nh đ b t đ nh v t c đ là 1 giá tr vô cùng bé không đáng k . ể ộ

-V i v t th vĩ mô thì giá tr ị ề ọ là r t nh nên đ b t đ nh v t a ộ ấ ị ớ ậ ể ấ ỏ

ư ộ ấ ị ề ố ộ ị

không nh nên khi đã bi t chính xác v ỏ ớ ậ -V i v t th vi mô giá tr ị ể ế ị

h m t chính xác t c đ c a h t (và ng c l ượ ạ ố ộ ủ ạ t chính xác năng l ủ

ể ế

ứ ế

ậ ị

trí thì không th bi Quang ph v ch cho bi ổ ạ ủ ỉ ể

ị ứ

i). ng c a electron t c là t c ố ượ đ chính xác c a electron vì v y ta không th bi ủ t chính xác v trí c a ể ế ộ ộ i m t electron, ta ch có th xác đ nh kh năng xu t hi n c a electron t ệ ủ ấ ả ạ đi m nào đó nhi u hay ít, t c là bi ộ i m t t xác su t xu t hi n electron t ạ ệ ấ ấ ế ề th i đi m đã cho. ể ờ ể

ng t " (c h c sóng) ơ ọ ử ộ ờ ơ ọ ượ

ơ ọ 1.2. Hàm sóng - ph

ươ 1926 Schrodinger đã đ xu t ph ng trình ph i h p đ M t môn c h c m i ra đ i "C h c l ớ rodinger ươ ố ợ ượ ấ c tính ch t

ng m và tính ch t sóng bi u di n qua hàm sóng ng trình Sch ấ ề ố ượ ể ể ễ

. ử

x y z t ( , , ) ,

h t bi u di n qua kh i l ấ ễ ạ Y c a vi h t đ t n n móng cho c h c l ng t ơ ọ ượ ạ ặ ề , tr ng thái c a electron trong nguyên t ủ ơ ọ ượ Y ử ạ ượ ặ ư

2 dv

Y ế ố ể ử ở ể đi m ặ . Xác su t có m t ấ ấ . Xác su t tìm th y ấ

2

1

= dv

ủ Theo c h c l M và th i đi m t đ ờ ể electron ể ở ờ electron trong toàn b không gian ph i b ng 1. ng t c đ t tr ng b ng hàm sóng ằ th tích dv là ả ằ th i đi m t trong y u t ộ +(cid:0) Y (cid:0) Vì v y ta có: ậ . Đây là đi u ki n chu n hóa c a hàm sóng. ẩ ủ ề ệ - (cid:0)

c xác su t có m t electron xung quanh h t nhân ướ ấ ặ ạ

ụ ả

Ng i ta quy ườ kho ng 90% - 95% là mây electron. Ví d mây electron c a nguyên t ủ ử H là hình c u có bán kính 0,0529 nm. nguyên t ử ầ

ư ậ ơ ọ ượ ỹ ạ Y c a electron trong ủ

không còn khái ni m qu đ o mà thay ng t Nh v y trong c h c l ệ ử b ng obitan. M t obitan nguyên t là m t hàm ộ ử ộ ằ nguyên t Y ng trình g i là ph ư ọ ể Y , Schrodinger đã đ a ra ph tr ng thái d ng (hàm ừ ở ạ ươ ng ờ

ng th năng U ụ ng m, chuy n đ ng trong tr ườ ươ không ph thu c vào th i gian ộ ộ ố ượ ể ế

2

.ử Đ tìm hàm trình Schrodinger t) đ i v i electron kh i l ố ớ nh sauư

U

E

� h + �� m 2 �

� Y = Y � �

2

2

2

= -

=

U

h

-

Ze pe 4

r

h p 24

0

;

2

2

2

+

+

= �

2

2

2

y

Trong đó: h là h ng s planck rút g n ọ ằ ố (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) là toán t Laplace; ử (cid:0) (cid:0) (cid:0)

E là năng l

z x ng toàn ph n c a electron. ầ ủ i nh sau: ư

= -

H

U

+�

t g n l ươ ượ ng trình Schrodinger có th vi y= E Ph ể ế ọ ạ y H

2 h 2 m

Trong đó: ; H là toán t Hamilton. ử

Y c a electron và

i ph c hàm ẽ ượ ủ

ớ

đ c tr ng cho tr ng thái c a electron trong nguyên Gi ả ươ ng E t năng l ượ 1.3. B n s l ố ố ượ ng trình Schrodinger ta s tìm đ ng ng v i nó. ươ ứ ng t ử ặ ư ạ ủ

.ử t K t qu gi ế ươ

Y c aủ ố ượ

ng t ng t : S l ử ố ượ t hàm sóng ng trình Schrodinger cho bi ế chính (n), s l ng t ử ử

, , n l m l ả

Y

ữ

ấ ử ủ ộ

ệ trên là ố ượ ng ả ử ụ ầ ủ

ng t (AO) ệ ng t ố ượ n a đó là s l ử ữ . ử

i ph ả ả electron ph thu c vào 3 s l ố ượ ộ ụ ử ừ l. t ph (l) và s l m ng t ố ượ ụ g i là m t obitan nguyên t Ký hi u: ử ộ ọ ệ Nh ng k t qu nghiên c u lý thuy t và th c nghi m cho th y vi c mô ự ế ứ ế v i 3 s l t tr ng thái c a m t electron trong nguyên t ử ớ ả ạ ng t không đ y đ mà ph i s d ng thêm m t s l ộ ố ượ s). Chúng ta xét giá tr và ý nghĩa c a 4 s l spin (m t ố ượ ủ ị ử 1.3.1. S l ng t

=

ng c a electron trong nguyên t ượ ủ . ử ố ượ ư ặ

E n

0

(cid:0) ử n: đ c tr ng cho m c năng l 1 2 n chính n ứ 2 4 Z e m . . e he 2 2 8.

1 4pe

0

: h s t l trong t ng tác e: đi n tích c a electron ủ ệ ệ ố ỉ ệ ươ

t nh đi n ệ ỉ

ng c a electron ủ

ạ ng t ử

ử

ng ươ ậ ị

me: kh i l ố ượ Z : đi n tích h t nhân ệ n: S l chính ố ượ n: cũng là s l p electron trong nguyên t ố ớ n nh n các giá tr nguyên d n : 1 2 3 4 5 6 7 Ký hi u l p e: K L M N O P ệ ớ

Q

ớ ượ ấ

xa nhân → m c năng l V i n = 1 → electron có m c năng l ứ n càng l n → electron càng ở ng th p nh t (g n nhân nh t). ầ ấ ng càng cao. ượ ấ ứ

1.3.2. S l ng t

ph ử ụ l l: đ c tr ng cho phân m c năng l ớ ố ượ ư ặ ứ ượ ộ ng c a electron trong cùng m t ủ

l xác đ nh giá tr momen đ ng l ị

l p.ớ

ộ ị ượ ạ ng obitan c a electron và hình d ng ủ

l có các giá tr t Các phân l p obitan đ ớ

c a các obitan. ủ

l

ị ươ ứ ượ ng ng v i n. Đi t ừ ớ ằ 0 đ n n-1. ế ị ủ c ký hi u b ng các ch cái nh theo giá tr c a ữ ệ ỏ

ớ ệ

ố ố ộ ớ

l = 0 ) có m t phân l p 1s ớ l = 0,1) có hai phân l p 2s, 2p ớ l = 0,1,2) có ba phân l p 3s, 3p, 3d

ằ ộ

ớ

ạ ộ

ề ơ ả ớ ộ ớ ể ạ ộ

l: 0 1 2 3 Ký hi u phân l p e: s p d f S phân l p trong cùng m t l p b ng s giá tr c a ị ủ l ớ Ví d : L p K (n = 1, ụ ớ L p L (n = 2, ớ L p M (n = 3, ớ … ố Các obitan trong cùng m t phân l p có hình d ng v c b n gi ng ớ nhau. Không k thu c l p nào, các obitan thu c phân l p s có d ng hình c u, thu c phân l p p có d ng hình s 8 n i, thu c phân l p d có d ng hai ố ầ s 8 n i đan chéo nhau. ố

ạ ạ ộ ớ ổ ớ ộ

ổ

1.3.2. S l ng t t ố ượ ử ừ ml :

ng c a obitan. ộ ớ ủ ộ ị ượ ủ

ml xác đ nh đ l n c a hình chi u momen đ ng l ế ị ủ lcó (2 l + 1) giá tr c a Ứ

ng v i m i giá tr c a ỗ ớ ị ủ ml đi t -ừ l,…, -1, 0,

+1, …+ l do đó phân l p ớ lcó (2 l + 1) obitan.

l= 0) có 2.0 + 1 = 1 obitan l= 1) có 2.1 + 1 = 3 obitan l=2) có 2.2 + 1 = 5 obitan l=3) có 2.3 + 1 = 7 obitan…

Ví d : ụ

M t t h p v i 3 giá tr c a n, ẽ Ứ ớ

l, ml s cho m t obitan. ng v i giá tr ị ị ủ ộ ị ủ l( l= 0,1,2,3,…, n-1), còn ng v i m t giá ộ ị ủ ml( ml= 0, (cid:0) 1, (cid:0) 2, …, (cid:0) l). V y ng v i ớ

Phân l p s ( ớ Phân l p p ( ớ Phân l p d ( ớ Phân l p f ( ớ ộ ổ ợ ớ ộ ớ ứ

ớ ậ ứ

1

2

l

+ = 1)

(2

n

ị ủ

= l

0

2 obitan.

c a n (m t l p) có n giá tr c a ủ ị ủ l có (2 l+1) giá tr c a tr c a m t giá tr c a n có: ộ = - (cid:0)l n obitan

ậ ế

2 = 4 obitan (1 obitan s và 3 obitan p) 2 = 9 obitan (1 obitan s, 3 obitan p và 5

K t lu n: l p n có n L p K (n = 1) có 1 obitan (1 obitan s) L p L (n = 2) có 2 L p M (n = 3) có 3 ớ ớ ớ ớ

obitan d)

s

1.3.3. S l

…

ng t spin: m ố ượ ử

i ph ng trình sóng Schrodinger ng i ta ch a chú ý đ n s ả ế ự

ườ ố ủ ế ươ

ng theo thuy t t i c a spin. Năm 1928 Dirac nhà bác h c ng ng đ i c a Einstein và phát hi n đ ố ủ

ầ ủ ơ

ể ả : chính (n), ph ( ng t Khi gi ươ hi u ch nh kh i l ố ượ ỉ ệ c s t n t hi n đ ệ ượ ự ồ ạ ủ d a vào thuy t t ế ươ ự spin. Nh v y, đ gi ư ậ s l ử ố ượ ư ng đ i c a Einstein nên không phát i Anh đã ọ ườ ệ ượ ự ồ ạ ủ c s t n t i c a , ngoài ba ử th t . Đó là ử ứ ư i thích đ y đ h n v c u t o nguyên t ề ấ ạ (ừ ml), còn có s l ụ l), t ố ượ

s và nh n 2 giá tr ị

l

(cid:0) ng t spin, đ s l ố ượ ử ượ c ký hi u là m ệ ậ

2(2

ml

+

ng t 1 2 1)+l n 2n2

;

+

- 1 0 (1s) 0 2 2

;

- 0 (2s) 0 2

+

;

1 2 1 2 1 2

2 8 - 1 (2p) -1, 0, +1 6 ms 1 2 1 2 1 2

+

;

+

- 2 0 0 (3s)

;

+

- 6 18 3 1 (3p) -1, 0, +1

;

- 10 2 (3d) -2, -1, 0, +1, +2

+

;

0 - 2 0 (4s)

+

;

-1, 0, +1 - 6 1 (4p)

+

;

+

32 4 -2, -1, 0, +1, +2 - 10 2 (4d)

;

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

- 14 3 (4f) -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3

ụ

ế ử l, ml, ms có th có đ i v i l p L ố ớ ớ ể ng ng và v các AO đó. ẽ ươ ứ

Bài t p áp d ng: ậ Cho bi ứ ế ớ a. Tính các s l ố ượ b. Cho bi Bài gi t l p L ng v i n = 2. Hãy: ớ ng t t có bao nhiêu AO t ng t ố ượ ử l, ml, ms có th có đ i v i l p L đ ể ố ớ ớ ượ ể c bi u

ml

ll ,n m ,

ễ ả Y i: các s l ả di n trong b ng sau: l n AO L pớ

+

;

200

Y - 0 0 2s

+

;

2 yp

21 1-

Y - -1

+

;

210

2 zp

L 2 Y - 1 0

+

;

211

2 xp

1 2 1 2 1 2 1 2

Y - +1 ms 1 2 1 2 1 2 1 2

ấ ử

l p electron.

n: S l l: S l ố ượ ố ượ

1.4. C u hình electron c a nguyên t ủ 1.4.1. Các cách bi u di n ễ ể Có hai cách bi u di n c u hình electron: ễ ấ ể xnl ) trong đó Cách 1: dùng ký hi u phân l p ( ớ ệ ng ng v i s th t chính t ng t ớ ố ứ ự ớ ươ ứ ử ng ng v i phân l p electron. ph t ng t ớ ớ ử ụ ươ ứ l = 0 phân l p sớ l = 1 phân l p pớ l = 2 phân l p dớ

ố ố

l khác

l = 3 phân l p fớ i đa trong phân l p ớ ớ

S phân b electron vào các obitan v i các s l n và x: S electron t ố ự ố ượ ử

c bi u di n b ng ễ

electron đ c bi u di n b ng mũi tên ( ); chi u c a mũi tên ch s nhau trong nguyên t Cách 2: Dùng ô l ượ ng t g i là c u hình electron nguyên t . ử ằ m t ô vuông ộ ể ề ủ ử ọ ượ ễ ể , ỉ ố

s = +

l ng t spin n u m thì mũi tên h ng lên trên và ng i… ượ ử ế ướ c l ượ ạ ấ ng t đ ử ượ ằ 1 2

nhi u electron. ậ

l,

ng t n, ề ở ố ượ ử

ượ m i electron đ ượ ặ ố ớ

ạ ừ 1.4.2. Quy lu t phân b electron trong nguyên t ố ư ử ỗ ớ ắ ề

ử

(phân t ) không th có hai hay nhi u electron mà c đ c tr ng b i 4 s l ng t ử Trong nguyên t c đ c tr ng b i 4 s l ml, ms . Các electron đ c phân b vào các l p, phân l p theo nguyên lý lo i tr Pauli, nguyên lý v ng b n và quy t c Hund. ữ 1.4.2.1. Nguyên lý Pauli "Trong m t nguyên t ộ tr ng thái c a chúng đ ủ ể ố ượ ử ố ạ ở

(phân t ) hai electron ít nh t ph i có ử ư Theo Pauli, trong m t nguyên t ử ề gi ng nhau". ả ấ ử

s

ượ ặ ộ khác nhau. ng t ộ ố ượ

l, ml gi ng nhau thì m

Z =

2)

ng t n u có n, ượ ử ế ố ộ

21S ; hai electron này đ u có n = 1,

l = 0, ml= 0 nên n u 1ế

m t s l ụ ph i khác nhau. ử Ví d : Hai electron m t ô l ả He ( ề

+ thì electron kia có ms =

1 2

- electron có ms = . Nghĩa là trong m t ôộ

1 2 ể

1)+l

l i đa 2 electron đ ố ượ ượ ề

ô ị ủ l có (2 c x p ng c chi u nhau. ị ủ ml, nghĩa là có (2

1)+l ố

l ượ ớ

ử ươ ứ ng ng ượ ế giá tr c a i đa trong m t phân l p. ộ chính n, có n phân l p khác nhau t ớ 1)+l (2 electron. i có 2 ớ ạ

n

1

2

+ + + +

+

=

]

l

2(2

+ = 1)

[ 2 1 3 5 ...

(2

n

1)

2

n

= l

0

ch có th có t ng t ử ỉ ng v i m t giá tr c a ớ ộ Ứ 1)+l ử (cid:0) có 2 (2 ng t s electron t ố ng t M i l p v i s l ớ ố ượ ỗ ớ v i ớ l= 0, 1, 2…(n-1). M i phân l p l ỗ i đa trong m t l p: Suy ra s electron t ố ộ ớ ố - (cid:0)

ơ ở i ta có th tính đ ể

ng t i đa trong 1 ô l Nh v y: trên c s nguyên lý Pauli, ng ườ ộ ư ậ ố ử , trong m t phân l p và trong m t l p. ớ ượ ố c s ộ ớ

electron t ượ 1.4.2.2.Nguyên lý v ng b n ề

tr ng thái c b n, trong nguyên t các electron l n l ử ầ ượ c chi m các ế

ng t " Ở ạ ứ

t th t m c năng l ế ổ ế ứ ự ầ tăng d n

ạ ng c a các phân l p nh sau: ữ ơ ả th p đ n cao". ừ ấ ế K t qu th c nghi m v quang ph phát x cho bi ệ ề ủ ượ ả ự c a m c năng l ứ ủ ượ ư ớ

4f » 5d < 6p < 7s » 5f » 6d <

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s » 4d < 5p < 6s » 7p

Trong dãy trên có m t s xáo tr n th t ộ ứ ự ộ ố

ớ ượ ứ ủ ớ

ng đó. ệ ứ ng, nghĩa phân m c năng l ứ l p xa nhân (n l n) xen vào gi a các phân m c c a l p g n ầ ữ ệ ượ

ả ệ ứ ấ ả ể

ở ấ ể ớ ỗ

ơ ỉ ớ ế

ự ủ ắ

ệ ứ ế

ả ớ

ự ẩ ủ ệ ệ ị ả ắ ệ ứ ủ ạ ụ ệ ệ ứ ở ằ ắ

là phân m c ứ ở ớ nhân (n nh ). Có hai hi u ng gây nên hi n t ỏ - Hi u ng thâm nh p: do b n ch t xác su t c u chuy n đ ng electron ộ ấ ậ b t kì ch nào. Cũng vì mà xác su t th y electron có th l n h n không ấ ấ v y mà gi ả i h n th tích orbital ch v i xác su t trên 90% ch không ph i ứ ấ ớ ạ ậ hoàn toàn 100%. ạ - Hi u ng ch n: vì các electron phía trong che ch n mà l c hút c a h t ắ nhân đ n electron phái ngoài b gi m do có l c đ y c a các electron đó lên ọ electron l p ngoài. Hi u ng ch n làm gi m đi n tích c a h t nhân. G i S là h ng s ch n gây b i hi u ng ch n thì đi n tích hi u d ng c a h t ủ ạ ố ắ nhân là Z' = X - S

t c u hình electron c a các ữ ể ế ấ ủ

11Na: 1s2

2s22p63s1

26Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6

nguyên t Theo nguyên lí v ng b n ta có th vi ng nh sau: ư ề theo các m c năng l ượ ử ứ

1.4.2.3. Quy t c Hund ắ

ộ ắ ớ

ộ ng t ượ ử ủ ổ

N i dung quy t c: Trong m t phân l p, các electron có khuynh sao cho t ng spin c a chúng là c c ự ự ạ h ướ đ i, t c là t ng s electron đ c thân là c c đ i. ạ ứ ng phân b đ u vào các ô l ố ề ộ ố ổ

ụ ẽ ế ắ

Áp d ng quy t c này s bi ể ị ủ ử ễ ấ ả

ph i bi u di n c u hình electron theo các ô l theo các l p, nghĩa là không đ ý đ n s chèn m c năng l ng ậ t electron hóa tr c a nguyên t . Do v y ố ng t và c n x p electron ế ượ ứ ầ ượ ế ự ể ớ

Ví d tr ng h p c a C (Z = 6). Có ba cách s p x p: ụ ườ ợ ủ ế ắ

I: › fl › fl › fl

T ng s spin b ng 0 ằ ổ ố

II: › fl › fl › fl

III: T ng spin b ng 1 ằ ổ fl › fl › › ›

Cách III phù h p th c t và nó tuân theo quy t c Hund ự ế ợ ắ

ng h p Mn (Z = 25). Vi ứ t c u hình electron theo các phân m c

Ví d tr năng l ợ ng và theo ô l ng t ụ ườ ượ ế ấ các l p electron ớ ượ ử

Mn: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5

› fl › fl › fl › fl › fl › fl › fl › fl › fl › › › › › › fl

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s2

1.4.2.4. Quy t c bão hòa và n a bão hòa phân l p d ữ ắ ớ

Đây là quy t c ph , nh m gi ợ ả ằ ủ

ắ ớ i quy t hai tr ế ượ

ầ ử ượ ử ề

ề

đi u ch nh (đ ỉ

ằ ơ ở

ệ ề ạ ể ớ ớ

ng h p c a electron d. ụ ườ . N a bão hòa phân ng t Bão hòa phân l p d c n 10 electron trên 5 ô l ữ ầ ữ ng t . Đó là nh ng l p d c n 5 electron nh ng cũng chia đ u trên 5 ô l ư ớ , phân l p d có 9 ho c 4 c u hình b n. V y khi v ngoài nguyên t ử ở ớ ặ ỏ ậ ấ t khi đó nguyên t ể t electron thì sao? Quy t c này cho bi ế ử ự ề ắ cho h b n h n) b ng cách chuy n 1 electron ngay sát phía trong ể (ch ng h n phân l p s), lên phân l p d đ bão hòa (khi đang có 9 electron) ho c n a bão hòa phân l p đó (khi đang có 4 electron). ẳ ặ ử ớ

29Cu: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9 fi 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10

Ví d : ụ 24Cr: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d4 fi 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5

Bài t p:ậ

t ố ồ

l ử ỷ ệ ớ ạ ử ồ ồ ứ ấ

trên. v i nhau là g m 2 đ ng v có s nguyên t 1.M t s nguyên t ị ộ ố 27:23. H t nhân đ ng v th nh t ch a 35p và 44n. H t nhân th hai ị ứ ạ nhi u h n 2 n tron. Xác đ nh ị ơ ề ơ ố ứ A và tên nguyên t

2.Tính đ dài sóng de Broglie: ộ

- C a chi c xe n ng 1 t n, v=80km/h ủ ế ặ ấ

d = 1000eV. (1eV=1,6*10-19J)

-24g và đ ng năng E ộ

-C a proton m=1,67*10 ủ

T đó đ a ra nh n xét. ư ừ ậ

ặ

0A = 10-10 m. Hãy rút ra k t lu n t

-31 kg) chuy n đ ng có đ ộ ể ậ ừ ế

ộ k t qu tính ị ế ả

3.M t viên bi n ng 1g và 1electron (m=9,1*10 ộ b t đ nh v giá tr là 1 ề ấ ị c.ượ đ

ng t ố ượ d ử ướ i đây không th là b 4 s l ể ố ượ ộ ử

=

= +

= +

= +

l

n

3;

3;

1;

m l

m s

4.Vì sao m i b 4 s l ỗ ộ c a 1electron trong nguyên t ủ ng t . ử

1 2

=

= -

l

n

3;

1;

2;

= + m l

= + m s

a.

1 2

=

= +

= +

= -

l

n

2;

1;

2;

m l

m s

b.

1 2

=

= +

= -

l

n

4;

3;

4;

m l

= - m s

c.

1 2

d.

ả hóa h c ọ

2.B ng h th ng tu n hoàn các nguyên t ầ ố 2.1. C u t o b ng: có hai lo i b ng ph bi n ổ ế ệ ố ả

ạ ả ỗ ộ ồ

ấ ạ ạ ạ

-D ng ng n g m 8 c t m i c t có hai hàng (nhóm A và nhóm B) ộ ắ -D ng dài g m 18 c t ộ ồ -Có 7 chu kỳ và 8 nhóm.

2.1.1.Chu kỳ:

Chu kì là dãy nguyên t ố ế ệ ề ạ

ầ ở ầ ỏ

ị ở ầ ứ ế ộ

x p theo chi u đi n tích h t nhân tăng d n, có c u trúc v electron ngoài cùng (các electron hóa tr ) nh sau: m đ u là ư ấ 6, t c là m đ u b ng m t kim lo i nguyên t ạ np ằ ki m và k t thúc b ng m t khí hi m. ằ nsố 1, k t thúc là nguyên t ố ế ề ộ

ế Các nguyên t ố ứ ự ố ớ

ộ ố c a chu kỳ b ng s l p electron. ủ trong cùng m t chu kỳ có cùng s l p electron; s th t ố ớ

Z =3→ Z

Li→Ne có 2 l p electron 1s 2s 2p ( ằ H, He có 1 l p electron 1s -Chu kỳ 1: 2 nguyên t ớ ố -Chu kỳ 2: 8 nguyên t ố ớ

=10)

Z =11→

Z =18)

-Chu kỳ 3:8nguyên t Na→Arcó3 l p electron 1s 2s2p 3s3p ( ố ớ

-Chu kỳ 4: 18 nguyên t (ố Z =19→ Z =36); trong đó có 8 nguyên tố

ố c đi n d n vào theo th t ns nhóm A và 10 nguyên t Có 4 l p electron đ ượ ầ ớ ứ ự 2(n-1)d10np6.

nhóm B. ề -Chu kỳ 5: 18 nguyên t (ố Z =37→ Z =54); trong đó có 8 nguyên tố

ố c đi n d n vào theo th t ns nhóm A và 10 nguyên t Có 5 l p electron đ ượ ầ ớ ứ ự 2(n-1)d10np6.

nhóm B. ề -Chu kỳ 6: 32 nguyên t

Ce

Lu

71

58

thu c h Lantanit (t nhóm B và 14 nguyên t ố (ố Z =55→ Z =86); trong đó có 8 nguyên tố ừ ộ ọ ố (cid:0) nhóm A, 10 nguyên t ).

-Chu kỳ 7: ch a đ y đ 32 nguyên t ư ầ ố

i trong t ữ nhiên.Có c u t o t ố ng t cu i chu kì ố chu kỳ 6 ủ r t không b n, không t n t ồ ạ ề ấ vì nh ng nguyên t ấ ạ ươ ự ự

Th

Lr

90

103

( Z =87→ Z =104) trong đó có 14 nguyên t ố thu c h Actinit (t ọ ộ ừ (cid:0) )

i g i là chu kỳ l n. ầ ọ ỏ ạ ọ ớ

ượ ả ạ ả c x p thành m t hàng. B ng ộ ế

Ba chu kì đ u g i là chu kỳ nh , các chu kì còn l Trong b ng d ng dài, m i chu kì đ d ng ng n có hai hàng cho m i chu kì l n. ớ ạ ỗ ỗ ắ

các nguyên ứ ổ ủ ỏ ử

t ố ỗ

2 (n-2)f14(n-1)d10np6 ỏ

Công th c t ng quát v electron ngoài cùng c a nguyên t m i chu kì là: ns Tuy chu kì dài ng n mà v ngoài nguyên t c đi n e vào theo dãy ắ

ở ầ đ ử ượ ế

i tu n hoàn v ngoài cùng c a nguyên t trên th nào, nh ng luôn luôn m đ u là ns và k t thúc ử ỏ ư ầ ủ ề np. ở ặ là nguyên nhân l p

ế S l p l i tu n hoàn tính ch t các nguyên t . ố ấ

có cùng c u t o l p v electron ngoài ự ặ ạ l ầ ạ 2.1.2. Nhóm: ậ ấ ạ ớ ỏ

nhau. ự

Nguyên t ố ng t trong cùng m t nhóm có s electron hóa ộ ố

ố ứ ự ủ ị ằ ằ

c a các nguyên t Nhóm là t p h p các nguyên t ợ ọ ươ ấ ố c a nhóm. ố và do đó có tính ch t hóa h c t c a các nguyên t ử ủ tr b ng nhau và b ng s th t ử ủ ứ trong cùng m t nhóm có cùng công th c ộ

Nguyên t oxit cao nh t.ấ

ả ạ ộ ứ ớ ồ ọ

ố ủ ộ

B ng d ng dài có 18 c t ng v i 16 nhóm g m 8 nhóm A (còn g i là phân nhóm chính) và 8 nhóm B (phân nhóm ph ). Riêng nhóm VIIIB có 3 ụ c t vì các nguyên t ấ c a 3 c t đó trên cùng m t hàng (chu kì) có tính ch t ộ ộ gi ng nhau. ố

s, 10 c t ti p theo là kh i nguyên t ố ố ố

ộ ầ ố ố ố ố ồ

ả

ộ ế p. Nguyên t ộ c tách riêng ra ngoài b ng vì th c ra chúng là hai nhóm nguyên t ự c x p cùng ô v i nguyên t d, ố f g m 2 hàng 14 c t, ộ ố lantan (ô 57, nhóm III, chu kì 6) và actini ế ớ ố

Hai c t đ u là kh i nguyên t sáu c t cu i cùng là kh i nguyên t đ ượ đ ượ (ô 89, nhóm III, chu kì 7)

ồ ố ử ề có electron cu i cùng đi n ố

s, nguyên t -Nhóm A: G m các nguyên t vào phân l p s ho c p (g i là nguyên t ặ mà nguyên t ố ọ ố

ố ị

p). trong cùng nhóm A có electron hóa tr nhóm. ớ Nguyên t b ng electron ằ ố ứ ự ằ

ề có electron cu i cùng đi n ố

f). ố

c a các nguyên t ử ủ l p ngoài cùng và b ng s th t ở ớ -Nhóm B: G m các nguyên t ử ố ồ vào phân l p d ho c f (g i là nguyên t ọ ặ ố ứ ự ủ

mà nguyên t ố c a các nguyên t ở ớ d, nguyên t nhóm B ố l p ngoài cùng, b là s electron ố ớ Cách tính s th t G i a là s electron ố ở phân l p ngoài ớ

(cid:0) thì s th t c a nhóm b ng a+b ằ

ố ứ ự ủ ằ

ọ cùng, ta có:  N u a+b ế < + (cid:0)  N u ế 8 10 a b < + thì s th t  N u ế 10 a b ố ứ ự ủ thì s th t ố ứ ự ủ c a nhóm b ng 8 c a nhóm b ng a+b-10 ằ

2.1.3. C u hình electron c a các nguyên t ố ấ

ầ

ộ ợ

ố ố

1, ns2,

6.

C u hình electron l p ngoài cùng c a các nguyên t nhóm A: ns ủ ố H u h t s electron l p ngoài cùng các nguyên t c a các nguyên t ử ủ ớ ế ố Z =46) là ns0; 1, đ c bi nhóm B là ns2, m t vài tr t Pd ( ng h p là ns ệ ặ ườ đó thu c h lantanoit (lantan); electron cu i cùng đi n vào 4f →nguyên t ọ ộ ố ề electron cu i cùng đi n vào 5f →nguyên t đó thu c h actinoit (actini); ộ ọ ố ề ố ủ ớ

ấ np1 đ n np ế

Ví d : (ụ Z =21) 1s22s22p63s23p63d14s2 nhóm B ( Z =24) 1s22s22p63s23p63d54s1 nhóm B ( Z =29) 1s22s22p63s23p63d104s1 nhóm B ( Z =30) 1s22s22p63s23p63d104s2 nhóm B ( Z =46) 1s22s22p63s23p63d104s24p64d85s2 nhóm B ( Z =59) 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f35s25p66s2 nhóm B ( Z =19) 1s22s22p63s23p64s1 nhóm A ( Z =13) 1s22s22p63s23p1 nhóm A ( Z =53) 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p5 nhóm A

trong b ng h th ng tu n hoàn (HTTH) ệ ố ả ầ ố

ng ion hóa: I ủ ộ ượ

ể ỏ là năng l do ở ể ế ố t t i ơ th khí và tr ng thái c ng c n thi ầ ạ

2.2. Tính ch t c a các nguyên t ấ ủ 2.2.1. Năng l ượ ng ion hóa c a m t nguyên t Năng l ượ ố thi u đ tách 1 electron ra kh i nguyên t t ử ự ể b n; ng v i quá trình sau: ả ứ ớ

Năng l ử ủ ượ ử càng m nh và do ạ

A - e fi A+ ỏ đó tính kim lo i càng đi n hình. ng ion hóa càng nh tính kh c a nguyên t ạ ể

Trên đây là quá trình tách electron đ u tiên ra kh i nguyên t ầ ử

3)... T t nhiên các năng l

ế ế

2), th ba (I ứ

ứ ng ion hóa th hai (I nên đó là ỏ 1). N u tách các electron ti p theo thì s có ẽ ượ ng ấ ng ion hóa th nh t (I ượ ấ ứ

năng l ượ các năng l đó tăng d n Iầ 1

Li = 519,60

ng ion hóa là kJ.mol. Ví d v i Li: I ượ ụ ớ Đ n v c a năng l ị ủ

ề ả

ơ kJ/mol  Trong chu kỳ: đi t ừ  Trong nhóm A: đi t ề ầ ố

trái sang ph i theo chi u tăng c a trên xu ng theo chi u tăng c a ừ ư  Trong nhóm B: s bi n thiên trên còn ch m và không đ u nh ng ự ế ủ Z . I1 tăng d n.ầ ủ Z . I1 gi m d n. ả ề ậ

ườ

ng tăng d n. ầ ự ớ ủ

Ái l c v i electron là năng l i phóng khi nguyên t ự ớ ượ ả ử ậ nh n

thêm 1 electron đ tr thành ion âm, ng v i quá trình sau: ể ở

th 2.2.2.Ái l c v i electron c a nguyên t : E ử ng đ c gi ượ ứ ớ A +e fi A-

Đ n v c a E cũng nh c a I, ví d E ư ủ ị ủ ụ Li = 56,88 Kj/mol ơ

ủ ị

ể ng ion hóa c a m t nguyên t Ái l c electron bi u th tính oxi hóa c a nguyên t ố ố ế ượ ủ

ự . Rõ ràng là ái l c bi n thiên cùng chi u. ế ự ng ion hóa tăng thì tính kh gi m, tính oxi hóa tăng do đó ái l c ộ ử ả

Trong b ng h th ng tu n hoàn d ng dài, theo chi u t ự electron và năng l Năng l ượ electron tăng. ả ạ ầ ề ừ

ượ ự

i ( theo nhóm ) thì I và E gi m, ng ố ướ

ườ

i lên trên, I và E tăng. Do đó, theo đ ậ ắ ủ ả

trái sang ph i ả ng ion hóa và ái l c electron tăng. Theo chi u t ề ừ ề ừ i theo chi u t c l ượ ạ ả ế ng chéo t góc Tây nam đ n ừ phía b c c a b ng, ố ở ấ phía đông b c ( F ) có giá tr nh nh t. ị ố ở ậ ắ ỏ

I › , E› , æ› Max

min

ệ ố ( theo chu kì ), năng l trên xu ng d d ướ Đông b c c a b ng, I và E đ u tăng. V y nguyên t ề I và E đ u tăng. V y nguyên t C n nh r ng trong b ng trên không có nhóm khí hi m. ắ ủ ả ề ớ ằ ế ả ầ

Hình 3.4. S bi n thiên c a các đ i l ng I, E và ự ế ạ ượ ủ æ trong b ngả

tu n hoàn ầ

ng ậ

ươ ng, âm ho c b ng 0 Nh n xét: - I luôn luôn d ể ươ ặ ằ

ấ

c (khi)

ng có ái ữ ữ ử ớ ớ ớ ườ

ộ ệ

ể ự cũng nh đ phân c c ư ộ

- E có th d - Các halogen có ái l c v i electron l n nh t. ự ớ v i nh ng phân l p bão hòa th - Nh ng nguyên t l c v i electron âm (Be, Mg). ự ớ 2.2.3. Đ âm đi n: ả ế ộ

c a liên k t ng ủ ệ ặ ộ ộ ả

năng hút electron c a nguyên t c a nguyên t

i. ả ộ ớ

Đ kh o sát m t đ electron trong nguyên t ử ậ ộ i ta dùng khái ni m đ âm đi n. ệ ệ ườ là m t đ i l Đ âm đi n c a m t nguyên t ng đ c tr ng cho kh ộ ạ ượ ố ủ ư . đó trong phân t ử ố ử ủ ủ Đ âm đi n càng l n kh năng hút electron càng m nh và ng c l ượ ạ ạ Có hai h th ng đo đ âm đi n đ c s d ng r ng rãi: ệ ượ ử ụ ệ ệ ố ộ ộ

1 =

• Quy 535,55kj/mol

c ch n đ âm đi n c a Liti làm đ n v , v i E + I • Mulliken (1934) • Pauling (1932) Theo Mulliken ọ ướ ủ ệ ộ ơ ớ ị

c

=

+ E I 1 535,55

1 = 1736,36 kj/mol; E = 397,48kj/mol

khác đ c tính theo h th c: Khi đó đ âm đi n c a các nguyên t ệ ủ ộ ố ượ ệ ứ

ụ ố ớ

=

;

4

F

Ví d : đ i v i Flo, có I c

+ 1736,36 397, 48 535,55 ể

ng pháp này có nh c đi m là ái l c v i electron c a các nguyên ượ ự ớ ủ

ng khó xác đ nh. t ị ố

Thang đ âm đi n c a Pauling d a trên c s c a năng l ng phân ơ ở ủ ệ ủ ự ượ Ph ươ là đ i l ạ ượ Theo Pauling ộ

• ly liên k tế

= c

k

c V

c A

Hi u đ âm đi n c a hai nguyên t ệ ủ ệ ộ - A và B: ố = V B

E .

E

= V

D B , 2

D A , 2

D AB , E

E

;

;

D AB ,

- E

D B , 2

D A , 2

là năng l ng phân ly liên k t c a các phân t ượ ế ủ ử

Trong đó: E A-B, A2, B2 S bi n thiên đ âm đi n ệ ự ế ộ

trái sang ph i đ âm đi n tăng d n. ừ ả ộ

ệ ệ trên xu ng đ âm đi n ừ ầ ố ộ

Trong chu kỳ:đi t Trong m t nhóm (phân nhóm chính) đi t ộ ầ ả

• • gi m d n 2.2.4. Kim lo i và phi kim ạ

ng electron (tính kh ) ử ả ườ

Z =

32)

l p ngoài cùng, m t s tr ở ớ

; Sn ( Z =50); Pb ( Z = 82) có 4e ợ ạ ư

l p ngoài cùng; Po ( ộ ố ườ ng l p ngoài ở ớ Z = 84) có 6e ở ớ

- Tính kim lo i: kh năng nh ạ - Tính phi kim: khă năng nh n electron (tính oxh) ậ ng có 1, 2, 3 electron - Kim lo i th ườ ( h p khác nh : Ge cùng; Sb ( Z = 51); Bi ( Z = 83) có 5e ở ớ

l p ngoài cùng. ở ớ

ng có 4, 5, 6, 7 electron ạ ự ế

l p ngoài cùng. - Phi kim th ườ S bi n thiên tính kim lo i, tính phi kim ả

• Trong chu kỳ ( Z Z ) : tính kim lo i gi m, tính phi kim tăng. • Trong nhóm A ( Z Z ) : tính kim lo i tăng, tính phi kim gi m • Trong nhóm B ( Z Z ) : tính kim lo i gi m d n.

ả

ạ ạ ạ ả ầ

Z l n l

c a các nguyên t t c u hình electron nguyên t có c: 25, Bài t pậ ế ấ ử ủ ố ầ ượ

ế ạ

ấ ấ ố

ễ ượ ạ ấ

t c u hinh electron c a các cation hay anion đó? 1.Vi 30, 35, 37. a. Suy ra chu kỳ, phân nhóm, kim lo i, phi kim hay khí hi m? b. S oxh cao nh t, th p nh t? ấ c. Cation hay anion nào d đ hóa h c? vi ế ấ ọ c t o thành nh t khi tham gia ph n ng ả ứ ủ

ớ

2: 3+ và nguyên t

t c u hình electron c a ion X ủ X?ử ế ấ

phân l p 3d nh th nào? Vi t hàm ớ ủ ố ượ ố ứ ự ở , chu kỳ, phân nhóm c a X? 2 có 4 s l ng t ử ư ế ế

ion M

+ và ion X2- . Trong phân t Mử 2X có ơ ố ề + l n h n s kh i c a ố ủ ơ ố

ố ạ ố ạ ệ

2- là 31 h t.ạ

ớ ố

ổ

ố ạ t c u hình electron c a các ion M ủ

2.ion X3+ có phân l p electron ngoài cùng là 3d a. Hãy vi b. Xác đ nh s th t ị c. Hai electron sóng c a 2 electron đó? ủ 3.M t h p ch t ion c u t o t ấ ạ ừ ấ ộ ợ t ng s h t (n, p, e) là 140 h t, trong đó s h t mang đi n nhi u h n s ạ ổ h t không mang đi n là 44 h t. S kh i c a ion M ố ủ ạ ệ ạ + nhi u h n trong ion X ion X2- là 23. T ng s h t trong ion M ề ơ + và X2- ? a. Vi b. Xác đ nh v trí c a M và X trong b ng HTTH? ế ấ ị ủ ả ị

Ch ươ ng 2 LIÊN K T HÓA H C VÀ C U T O PHÂN T Ọ Ấ Ạ Ế Ử

2.1. M đ u ở ầ

Trong quá trình phát tri n ngành hóa h c: m t s v n đ đ ộ ố ấ ề ượ ể ọ c đ t ra ặ

đó là:

ạ ạ ố

ế ớ ấ ấ ỏ ấ

i liên k t v i nhau t o thành vô s các ch t - T i sao các nguyên t ấ l ử ạ ấ ắ khác nhau bao g m: đ n ch t, h p ch t, ch t khí, ch t l ng, ch t r n, ấ ơ i v i nhau t o thành ch t d n đi n…l c gì đã liên k t các nguyên t l ử ạ ớ ấ ẫ ồ ự ợ ế ệ ạ

và tinh th ? Các l c đó xu t hi n nh th nào? Đ b n ra sao và ệ ư ế ộ ề ự ể ấ

ể

trong phân t liên k t v i nhau theo nh ng t ử ử ế ớ ữ ỷ

l ệ

* hai nguyên t H k t h p v i nhau đ t o thành phân t phân t ử có nh ng đ c đi m gì? ữ ặ - T i sao các nguyên t ạ xác đ nh? ị Ví d :ụ ử ế ợ ể ạ ớ H ử 2

mà không là H3, H4...

O đ t o thành ử H k t h p v i m t nguyên t ớ ế ợ ộ ử ể ạ

phân t

có cùng ki u d ng nh ng c u trúc phân t ử ư ể ấ ạ ử ạ l i

* hai nguyên t Hử 2O mà không là H4O… - T i sao các phân t ạ khác nhau Ví d :ụ

Lý thuy t v liên k t hóa h c s giúp chúng ta gi i đáp các v n đ * CO2 có c u trúc ph ng O = C = O ấ ẳ * OH2 có c u trúc góc ấ ế ọ ẽ ế ề ả ấ ề

trên.

ầ ụ ượ ơ ọ ượ ra đ i và đ ờ

ế ộ ề ả ng t ử ấ ủ

c đ c khi đi vào b n ch t c a liên k t gi a các nguyên t ế ỷ ề ướ ế

ọ c áp d ng vào hóa h c, c làm ọ ầ ượ ượ trong ữ ử ế ấ ủ ơ ả ủ ả ư ọ

ấ . Tr ỏ . Ta xét nh ng đ c tr ng c b n c a liên k t hóa h c. ử ữ ữ ư ế

ặ ượ

Đ nh nghĩa: năng l i phóng khi ả

c gi ượ tr ng thái khí. ậ ở ạ ế

Đ u th k XX c h c l nhi u v n đ thu c v b n ch t c a liên k t hóa h c l n l ề sáng t phân t ặ 2.2. Nh ng đ c tr ng c b n c a liên k t hóa h c ọ ơ ả ủ ng liên k t 2.2.1. Năng l ế ng liên k t là năng l ng đ ượ ế ượ ị cô l p nh ng nguyên t ử ọ ừ ữ ặ hình thành liên k t hóa h c t ơ

i phóng năng l ế ượ

ng nên ∆H o < 0 ng liên k t qua năng l ế

Năng l Ng ườ ụ ể ượ i ta th ỡ ng c n tiêu ầ ượ ng. ấ ươ ế

ườ th đ phá v liên k t (hay năng l Xét v tr tuy t đ i thì năng l Đ n v : kj/mol ho c kcal/mol ị o Ký hi u: ∆H ệ ng liên k t gi ả ng đánh giá năng l ượ ượ ế ệ ố ề ị ượ ng phân ly liên k t) có d u d ư ng hai quá trình này b ng nhau nh ng ằ

trái d u.ấ

ể ể ơ ồ

N u trong phân t i ta dùng khái Ta có th bi u di n qua s đ sau: ễ A + B ử ề ố ườ

ng liên k t trung bình ệ có nhi u liên k t gi ng nhau, ng ế ế ượ

4 ∆H0 = -1650 kj/mol

Ví d : C + 4H → CH ế ni m năng l ụ

HC-H = - = - 412,5 kj/mol

ủ ế ọ ư

1650 4 ư ớ

597, 7

ế ặ ế ề ọ ng liên k t đ c tr ng cho đ b n c a liên k t hóa h c, nh ộ ề ng liên k t càng l n thì liên k t hóa h c càng b n. ế 347, 0

Năng l ượ v y năng l ậ ượ = C CE - C CE = =

=

811, 0

C CE (cid:0) ộ

0

tham gia liên k t. 2.2.2. Đ dài liên k t ế ả ử ủ ế

ữ ơ

Đ dài liên k t ph thu c vào b n ch t c a các nguyên t tham gia Là kho ng cách gi a hai tâm c a hai nguyên t Đ n v là A ị ộ ấ ủ ả ử

ế ụ liên k t và b n ch t c a liên k t. ấ ủ ộ ế

l = 1,09 A0 l = 1,34 A0

lk tăng.

ế l = 0,74 A0 ; l = 0,96 A0 ; C-H C-C

ả

Là góc đ c t o thành khi có 1 nguyên t liên k t tr c ti p v i hai ả H-H H-O l gi m → E 2.2.3. Góc liên k tế ượ ạ ử ế ự ế ớ

05 c là 104 4 là 109028 ế

nguyên t khác. ử (cid:0) trong phân t ụ n ử ướ (cid:0) trong phân t Ví d : góc liên k t ế HOH Góc liên k t ế CHC

CHử ể ạ ố ặ ữ

2.2.4. Đ b i liên k t là s c p electron chung đ t o liên k t gi a hai nguyên t ế trong phân t ộ ộ ử

đ b i liên k t là 3… . ử Ví d ụ N N(cid:0) ộ ộ ế

ấ

2.3. C u trúc Lewis - Kossel 2.3.1. Quy t c bát t ử ắ

ử ấ ạ ử thì b t đ u xu t hi n các gi ấ ế

Sau khi khám phá ra c u t o nguyên t ắ ầ ệ và l p đ ậ thuy t gi ế ả ằ ườ

ủ ữ

c c u hình electron ượ ấ i thích liên k t hóa ả ế i ta cho r ng s t o thành liên k t ự ạ có s tham gia c a các electron ngoài cùng đó ọ c g i ử ế ế ượ ữ

c a nguyên t ủ ệ h c d a vào khái ni m electron. Ng ọ ự hóa h c gi a các nguyên t ự ọ là nh ng electron liên k t y u v i h t nhân. Nh ng electron đó đ ớ ạ ữ là electron hóa tr .ị

ọ ề c coi là tr v m t hóa h c đ u ơ ề ặ ặ ự ế

"bão hòa". ơ ượ ử ủ

M c khác, trên th c t ớ Ví d :ụ

các khí tr , đ có l p electron ngoài cùng c a nguyên t l p K (bão hòa) ở ớ l p L ở ớ l p M ở ớ l p N ở ớ l p O ở ớ l p P ở ớ

Đây là c u hình electron b n v ng, đ c g i là c u hình "bát t " tr He có 2e Ne có 8e Ar có 8e Kr có 8e Xe có 8e Rn có 8e ấ ữ ề ượ ử ấ ọ ừ

He.

ộ ộ ử ế

này có khuynh h

N i dung: "Trong m t phân t ố ặ ử ử ủ c a ạ ớ ấ i c u ấ ớ

l p ngoài cùng" tr H. khi hình thành liên k t, các nguyên t ng liên k t v i các nguyên t ế ớ ướ kia ho c v i chính nó sao cho c u trúc c a chúng đ t t ủ ừ c a các nguyên t ủ nguyên t ố trúc b n v ng c a khí tr v i 8e ủ ề ữ ơ ớ ở ớ

ế

ứ ử

*Có hai cách đ hình thành liên k t: - Theo thuy t c a Kossel- Đ c: Các nguyên t ặ ậ

ủ

có khuynh h l p ngoài cùng đ t t ạ ớ ở ớ ấ ạ ầ ế ơ ứ ạ ệ ọ ọ ữ ự ề ằ

ể ng cho đi ướ ế ủ ho c nh n thêm electron sao cho i c u hình ấ ấ electron b n v ng c a khí tr đ ng g n nó nh t, t o ra các ion trái d u hút nhau b ng l c hút tĩnh đi n, t o thành liên k t hóa h c g i là liên k t ế ion.

ữ

Ví d : S t o thành liên k t gi a Na và Cl V y: Liên k t ion là liên k t đ ữ c hình thành do l c hút tĩnh đi n gi a ự ệ ậ ế ế ượ

ng xung quanh nó→liên k t ion xãy ế ụ ự ạ ế các ion trái d u.ấ - Đ c đi m: ặ • M i ion đ u t o ra đi n tr ề ạ ườ

ng (không có h ể ỗ ra theo m i h ọ ướ ệ ướ

• Không bão hòa: m i ion đ u có th liên k t đ c nhi u ion xung ng). ề ế ượ ể ỗ ề

quanh nó

i thích h p lý s t o thành liên k t gi a các nguyên t ữ ế ấ ề ợ • Liên k t ion r t b n. ả ự ạ ử

ề ệ

có đ âm đi n khác nhau nhi u. ỹ i c u hình b n v ng nguyên t ề ữ

ế Thuy t này gi ế ộ - Theo thuy t c a Lewis-M : Đ đ t t ể ạ ớ ấ ạ ế ủ ế ặ

ử tham gia liên k t đã góp chung electron t o thành c p electron dùng chung hình thành nên liên k t hóa h c g i là liên c ng hóa tr . ị ộ ọ ọ

ế V y: Liên k t CHT là liên k t đ ậ ế ự

ế

c hình thành do s góp chung ự G m Liên k t CHT phân c c, liên k t CHT không phân c c, ử ế ượ ự ng h p trái v i quy t c bát t ớ ườ ắ ợ ế ố

ề ữ ư

electron. ồ ế - Nh ng tr liên k t ph i trí ữ nh ng cũng b n v ng, nh : ư NO N có 7e l p ngoài cùng ở ớ

BN PF5 SF6 B có 6e P có 10e S có 12e l p ngoài cùng ở ớ l p ngoài cùng ở ớ l p ngoài cùng ở ớ

ị ươ

2.4. Liên k t c ng hóa tr - Ph Hi n nay đang t n t ng pháp liên k t hóa tr (ph ế ng pháp gi i hai ph ồ ạ ng pháp ươ ị ấ i thích b n ch t ả ươ ả

ế ộ VB) ệ c a liên k t CHT ủ ế

ế

• Ph • Ph ng pháp VB→Valence Bond) ng pháp MO→Molecular Orbitan) ươ ươ

ự ạ ử

2.4.1. S t o thành phân t Heitler-London l n đ u tiên đã áp d ng c h c l ng đ gi ng pháp liên k t hóa tr (ph ươ ị (ph ng pháp Obitan phân t ươ ử hai nguyên t ử 2 t H ừ ụ ầ ể ả

H. ơ ọ ượ ứ ự ạ i thích H ử 2 ầ ế

ử ế ả

c hình thành khi 2e c a hai ỉ ượ ủ

nguyên t ế có mử

2→ H

b n ch t c a liên k t CHT trên c s nghiên c u s t o thành phân t ơ ở ả ấ ủ H. K t qu cho bi hai nguyên t t: t ế ừ H ch đ - Liên k t gi a hai nguyên t ử ữ s trái d u nhau. ấ H 1S1

→ lk CHT

2: H : H ho c H - H (công th c Lewis).

H 1S1

ứ ấ ạ ủ ứ ặ

xen ph ị ủ ử

ở

ủ khu v c không gian gi a hai h t nhân tăng ử ữ ạ ữ ả

Công th c c u t o c a H - Khi hình thành liên k t, các obitan hóa tr c a hai nguyên t ế nhau, m t đ mây electron ạ ự lên. Th hi n rõ khi so sánh kho ng cách gi a hai h t nhân trong phân t H2 và t ng s bán kính c a hai nguyên t H. ậ ộ ể ệ ố ổ ử ủ

d H-H = 0,074 nm < 2rH = 2*0,0529

nm

+ + + + + +

ng pháp liên k t hóa tr (ph ươ ế ị ươ ng ơ ả ủ ể ậ

2.4.2. Nh ng lu n đi m c b n c a ph ữ pháp VB)

s khác d u c a hai nguyên t ủ

- M i liên k t CHT đ ế ỗ ự ằ

ượ ạ ấ ộ c t o thành b ng s góp chung hai electron đ c tham gia liên k t. Hai ử ế

thân có các giá tr mị electron này thu c s h u c a c hai nguyên t ộ ở ữ ủ ả . ử

ạ

t ử ế ả ự

ng sao ế ng. H ng c a liên k t là h ủ ị ủ ề ế ướ ế ế

- Khi t o liên k t x y ra s xen ph các obitan hóa tr c a hai nguyên ự ủ tham gia liên k t. S xen ph càng l n thì liên k t càng b n. ớ ủ ế - Liên k t CHT là liên k t có h ủ ướ cho có đ xen ph các obitan hóa tr l n nh t. ấ ướ ị ớ ộ

ng pháp VB. ươ

ừ ậ ủ theo ph ươ ng pháp VB ta có th suy ra đi u ki n đ ể ề ệ

2.4.3. Hóa tr c a nguyên t ố ị ủ - T lu n đi m 1 c a ph ể ữ ế ể ộ là chúng ph i có electron đ c ử ả

t o ra liên k t hóa h c gi a hai nguyên t ọ ạ thân.

› fl › fl Ví d :ụ N (Z = 7) 1S2 2S2 2P3 › ›

)

2 (

› N N(cid:0) N có 3e đ c thân →N có hóa tr 3 → N ; NH3 ; NF3 . ộ ị

P (Z = 15) 1S22S22P63S23P33d0 1S2 2S2 2P6 3S2 3P3 3d0

› fl › fl › fl › fl › fl › fl

ộ

› P có 3e đ c thân →P có hóa tr 3 PH Tuy nhiên trong th c t ị t n t ấ

ư

ể c gi › › 3 ; PF3 . i nh ng h p ch t trong đó P th hi n ể ệ ữ ợ ủ ng h p này, theo lu n đi m 1 c a ợ ườ i thích ộ ả ự ế ồ ạ 5. Nh v y trong tr ư ậ ả ề

ớ ấ

*) m t electron ng nên ph i nh y lên m c năng l ả

phân l p 3S sau khi h p th ng cao h n 3d, khi đó P ụ * có hóa tr 5 nh : PCl ậ ị thuy t VB photpho ph i có 5 electron đ c thân. Đi u này đ ượ ế nh sau: ư tr ng thái kích thích (P Ở ạ ượ ở ượ ộ ứ ả ơ

năng l 5e đ c thân ộ 1S2 2S2 2P6 3S1 3P3 3d1

› fl › fl › fl › fl › fl › › › ›

ả

M)đ ớ i thích các tr ừ ặ ứ ng h p: ợ ườ

ố ư

ư

i h n, nghĩa là có là có gi ớ ạ ủ ộ

ợ

› N không có hóa tr 5 vì electron 2S không th nh y lên l p th 3 (l p ớ ị ể cượ N - P, ta có th gi T c p nguyên t ể ả O không có hóa tr 4, 6 nh S, Se, Te ị F không có hóa tr 3, 5, 7 nh Cl, Br, I. ị Suy ra s liên k t CHT c a m t nguyên t ố ế ng h p liên k t ion. ế ớ ườ ng c a liên k t CHT ủ ố tính bão hòa, khác v i tr 2.4.4. Tính đ nh h ị ướ ế

2.4.5. Liên k t ph i trí (liên k t cho nh n) ế ế ậ ố

2 có v 4 electron và d ô l

- B và Al trong các h p ch t BeCl ng t ấ ợ ư ỏ ượ ử

tr ng:ồ

Cl - Be - Cl

còn d ô l ử ố ượ ử ư ễ

- Các phân t ng v i phân t ư ữ ế ế

ặ c t o ra b ng cách dùng chung nh ng c p electron đó. ả tr ng d tham gia ph n ng t có nguyên t ử ọ có d nh ng c p electron không liên k t, liên k t hóa h c ử ằ ứ ớ đ ượ ạ ữ ặ

- Liên k t t o thành g i là liên k t c ng hóa tr đ c bi ế ạ ọ ệ ị ặ

ị ữ ệ

m t nguyên t , nguyên t t. (Là c ng hóa ộ t vì đôi electron dùng chung tr ng ra ng t đ i tác ch đ a ô l ử ế ộ ặ ử ố ử ố ỉ ư ượ

tr vì dùng chung nh ng đôi electron, là đ c bi xu t x t ấ ứ ừ ộ "dùng chung")

ố ọ ế ậ

- Ng ườ cho là ph n t ư

ạ

+. D u mũi tên t

ữ ầ ử ạ

ặ ng t ầ i ta còn g i đó là liên k t ph i trí hay liên k t cho - nh n. Ph n có d nh ng đôi electron ch a liên k t. Đó là nh ng phi ư ữ tr ng. Đó ng t nh n là ph n t ầ ử ử ố d vì ti m tàng ề ầ cho đ n ph n ế ế ế có ô l ượ t là kim lo i thu c nhóm các nguyên t ố ph n t ầ ử ậ ộ ấ ừ

H

H

+

t ầ ử ử kim m nh (F, Cl, N, O). Ph n t là kim lo i (đ c bi ệ ạ nhi u ô l tr ng) và ion H ử ố ượ ề nh n là kí hi u liên k t ph i trí t ệ ử ậ ế ố

H

:

[

H

H

]

3

| N |

| N |

H

H

- fi - + (cid:240) H+ fi i c a NH Ví d : ụ hay , là d ng t n t ạ ồ ạ ủ

..

|..

+

trong dung d ch n c. ị ướ

H

:

[

H

H

]

O |

O |

H

H

- fi - + (cid:240) H+ fi hay H3O+

3:

S t o thành đime c a AlCl ự ạ ủ

ng t . - S t o ph c ch t cũng có c ch t ấ ơ ế ươ ự ạ ứ ự

- Tuy là đ c bi ấ ủ ư ả

ố ữ

ệ ề ặ ẫ ộ ộ ề ủ ạ ị ế ộ ị ặ ệ ậ

ng cùng ki u. Ví d : trong ion t v cách t o thành liên k t nh ng b n ch t c a liên ế k t ph i trí v n là c ng hóa tr (đôi electron dùng chung gi a hai nguyên ế ộ ề t cũng b ng đ b n t ). Vì v y, đ b n c a liên k t c ng hóa tr đ c bi ằ ử 4NH + , cả c a liên k t c ng hóa tr bình th ủ ế ộ ườ ụ ể ị

ng gi ng nhau. b n liên k t N-H đ u có giá tr năng l ề ố ế ị ượ ố

2SO4, PF5 ta có m tộ

3

- Đ phân bi t v i các tr ng h p c a S, P trong H ể ệ ớ ườ ợ ủ

ví d khác đó là N trong HNO ụ

O

H – O – N

O

B ng 3.4. Đ ion c a m t s liên k t ế ủ ộ ố ộ ả

d %

HF HCl HBr HI H p ch t ấ ợ

41 17 11,6 5

Có th so sánh đ ion c a liên k t A-B v i hi u đ âm đi n c a A ế ủ ủ ệ ể ệ ộ ớ ộ

và B

B ng 3.5. M c đ ion c a liên k t AB và hi u đ âm đi n ệ ộ ứ ộ ủ ế ệ ả

D ?

æ

d

0 . 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 0 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 7 1 . 8 2 . 0 2 . 4 2 . 6 2 . 8 3 . 0 3 . 3

% 0 1 4 9 1 5 2 2 3 0 3 9 4 7 5 0 5 5 6 3 7 0 8 2 8 6 8 9 9 2

1 0 0

Nh v y, liên k t gi a các nguyên t th c t ữ ế

n m gi a hai lo i liên ử ự ế ằ ạ d % = d % = 100%) và liên k t c ng hóa tr thu n túy ( ế ộ ữ ầ ư ậ ầ k t ion thu n túy ( ế ị

c cho r ng liên k t có đ ion t ư ướ ế ằ ộ ừ

i đã đ a ra quy 0%). Paulling là ng ườ 50% tr lên có th g i là liên k t ion. ể ọ ế ở

ng t 3.3.3. Quan ni m c a c h c l ệ ủ ơ ọ ượ ử ề v liên k t c ng hóa tr ế ộ ị

3.3.3.1. Quan ni m c b n ơ ả ệ

ể ễ

ứ ệ ả

Các lí thuy t c a Kossel và Lewis đã bi u di n thành công nhi u ề c dùng r ng rãi. Tuy nhiên, b n ch t ấ ề c sáng t ộ đ gi ỏ ể ả i thích nhi u v n đ ề ượ ư ượ ẫ ấ ọ

ế ủ công th c hóa h c và hi n còn đ ọ c a liên k t hóa h c v n ch a đ ế ủ khi hình thành liên k t.ế

Ví d nh : Không t n t ụ ồ ạ ợ ưở

ầ ư ủ ớ

i h p ch t ion lí t ấ ế ộ i thích đ ế ẫ ị ả ượ ư ả

ư ế ạ ị

ế ng mà ch nói đ n ỉ ph n trăm ion c a m t liên k t. V i liên k t c ng hóa tr , tuy nói đ n đôi ế ộ c b n ch t l c liên electron dùng chung nh ng v n ch a gi ấ ự k t c ng hóa tr và các đ c thù c a lo i liên k t này nh tính đ nh h ng, ị ủ ế ộ ng h p không tuân theo quy t c bát t không gi ư ặ c các tr i thích đ ướ . ử ượ ườ ả ắ ợ

Nh có c h c l ng t mà b n ch t c a liên k t l n l t đ ơ ọ ượ ử ế ầ ượ ượ c ấ ủ ả

ờ .ỏ làm sáng t

ng t , m i nguyên t Theo quan ni m c a c h c l ỗ ệ ử ủ ơ ọ ượ

ứ ộ ệ ố ủ

ẽ ả ệ ượ ễ ạ

ấ h p c a hai h sóng ban đ u. Sóng t ủ ầ ầ

ổ ợ ớ ỏ ơ ế ầ

tr ng thái ử ở ạ ệ ế ạ ầ d ng là m t h th ng sóng đ ng c a các electron, Khi hai h ti n l i g n ừ ng nhi u lo n làm xu t hi n m t h th ng sóng nhau s x y ra hi n t ệ ộ ệ ố m i là t h p có t n s và năng ổ ợ ệ ớ ố ng m i. N u năng l ng h m i nh h n h ban đ u thì liên k t hóa l ệ ượ ế ượ ng h tăng lên s không có liên k t hóa h c. h c hình thành. Khi năng l ọ ệ ớ ệ ượ ế ẽ ọ

ứ ể ế ầ ọ

Có hai ph ng t ươ ử ự ế

ng pháp g n đúng đ nghiên c u liên k t hóa h c trong ị , d a vào hai thuy t khác nhau: thuy t liên k t hóa tr , t là MO , vi ế t là VB (Valance Bond) và thuy t orbital phân t ử ế t t ế ắ ế

c h c l ơ ọ ượ vi t t ế ắ (Molecular Orbital)

Thuy t VB có lu n đi m c b n là: khi t o thành phân t ơ ả ậ ạ

ử nguyên ki n trúc electron c a mình, và liên k t đ ế còn gi , các ế ượ c ể ế ủ ử

nguyên t ữ hình thành nh s trao đ i electron. ờ ự ổ

Thuy t MO, trái l i, coi phân t là m t h t th ng nh t, trong đó có ộ ạ ử ế ấ

ạ các electron chuy n đ ng gi ng nh trong nguyên t ư ể ộ ố ố . ử

ủ ẫ ủ

ứ liên k t. Hình 3.5 cho bi t các tr C hai thuy t đ u l y m c đ xen ph l n nhau c a các AO làm ợ ng h p ế ề ấ ể ọ ộ ế ả ẩ ườ ế ả

tiêu chu n quan tr ng đ mô t có th :ể

- S che ph d ủ ươ ự ấ ở

, d n đ n s hút nhau c a hai nguyên t ữ ng làm tăng xác xu t tìm th y electron ấ ế ự vùng ử ử ẫ ủ

n m gi a hai h t nhân nguyên t ạ ằ và t o ra liên k t m nh. ế ạ ạ

- S che ph âm làm gi m xác xu t tìm th y electron ủ ự ấ ấ

ủ ữ ế ạ ẫ ử ằ vùng n m ở ế và liên k t

ả gi a hai h t nhân d n đ n s đ y nhau c a hai nguyên t ự ẩ không hình thành.

- Che ph tri t tiêu không tăng c ng c l c hút và l c đ y c a hai ự ẩ ủ ả ự

ủ ệ . Các nguyên t ườ tr ng thái không liên k t. nguyên t ử ế ử ở ạ

Tóm l i:ạ

- Liên k t đ ấ

ủ c t o thành khi hai electron có spin trái d u nhau c a ế ượ ạ ế ộ che ph nhau, t o ra orbital liên k t. Vì v y liên k t c ng ế ậ ủ ử ạ

hai nguyên t hóa tr có tính bão hòa. Ch có phân t H ỉ ị ử 2 ch không có phân t ứ ử 3. H

- Đám mây che ph càng l n thì liên k t càng b n (nguyên lí che ủ ế ề ớ

ph c c đ i). ủ ự ạ

ể ế

- Các AO tham gia liên k t ph i có cùng ki u đ i x ng đ i v i tr c ố ớ ụ ướ ng ố ứ ế ả ử ụ

liên k t (tr c n i nhân hai nguyên t ) và các AO liên k t ph i có h ố xác đ nh. Đó cũng là tính đ nh h ả ng c a liên k t c ng hóa tr . ị ế ộ ế ị ướ ủ ị

3.3.3.2. Thuy t hóa tr spin c a Heitler - London (1927) trên c s ơ ở ủ ế ị

thuy t VBế

Theo thuy t hóa tr spin thì hóa tr c a m t nguyên t cũng nh s ế

ư ố ị ủ ố ộ c quy t đ nh b i s electron đ c ở ố ộ ế ị ượ ị ử ủ ế

liên k t mà nguyên t thân khi nguyên t c a nó t o ra đ tham gia ph n ng. ạ ả ứ ử

Nói đ n lúc tham gia ph n ng là nói đ n nh h ả ứ ế ả ưở ng c a môi ủ

tr ng ph n ng đ n hóa tr c a nguyên t . ế ả ứ ườ ị ủ ế ố

Hiđro và kim lo i ki m ch có hóa tr I dù ề ỉ ị ườ ớ ng nào, vì v i

môi tr ạ 1, chúng ch có m t electron đ c thân. ộ v electron hóa tr ns ỏ ở ộ ỉ ị

ổ ạ ơ ả

ộ

ng c a môi tr ượ ủ

tr ng thái c b n có hóa ở ạ ờ tr ng thái kích thích (nh Ở ạ ng) chúng có hai electron đ c thân, nghĩa là có 2 ta ộ ng h p ch t BeCl ể ạ ườ ụ ế ấ ợ ị

324

kJ .

mol

ố 2) ns Be và kim lo i ki m th (nguyên t ề tr b ng không vì không có electron đ c thân. ị ằ năng l ườ th t o hai liên k t và có hóa tr II. Ví d trong tr có

(cid:190) (cid:190) (cid:190) fi (cid:190) Be (1s2 2s2) Be (1s2 2s12p1)

ho cặ

› fl › fl › fl › ›

Bo ấ

ở ạ ậ ơ ả ị ư ể ị

532

kJ /

mol

tr ng thái c b n có 1 electron đ c thân vì có c u hình 1s22s22p1. Vì v y nó có hóa tr I nh ng kém b n, d chuy n sang hóa tr III ề khi chuy n sang tr ng thái kích thích b i môi tr ộ ễ ng ườ ể ạ ở

(cid:190) (cid:190) (cid:190) fi (cid:190) B (1s22s22p1) B(1s22s12p3)

ho c:ặ

› fl › fl › fl › › ›

Cácbon có hóa tr II nh ng kém b n. H u h t trong các h p ch t nó ề ư ế ấ ầ ợ ị

400

kJ /

mol

tr ng thái kích thích: có hóa tr IV vì ị ở ạ

(cid:190) (cid:190) (cid:190) fi (cid:190) C ( 1s12s22p2 ) C ( 1s22s12p3 )

Ho cặ

› fl › fl › fl › › › ›

Nit có hóa tr III ơ ị ở ạ ơ ả ể ị

tr ng thái c b n. Có th có hóa tr IV khi t o ạ 2 ra dùng ế ố

khác. C u hình electron nh sau: liên k t ph i trí b ng cách đ a c p electron không phân chia 2s ư ặ ằ chung v i nguyên t ấ ử ớ ư

N › fl › fl › fl › fl › fl

1s2 2s2 2p3 3s0

C p electron 2s ặ ể ị ở

ng 3s ộ ứ

2 không th b kích thích b i môi tr ộ ớ ượ ớ

ộ ng đ có 5 ể ườ 0 thu c l p th 3 nên t ừ ng quá l n đ kích thích, ể ượ ứ

electron đ c thân. Vì phân m c năng l phân m c 2s môi tr ứ 2 c aủ l p th 2 c n m t năng l ẩ ớ ng không đ cung c p. ấ ủ ứ ườ

Oxi và flo có c u hình ấ

› fl › fl › fl › ›

và

› fl › fl › fl › fl ›

nên ch có th có hóa tr II và I. Lý do nh tr . ư ườ ể ỉ ị ng h p c a nit ợ ủ ơ

22s22p6. Nó không có khác. V y : Ne có hóa

Neon có v electron bão hòa b n: Ne 1s ề ỏ

ộ ạ ậ

electron đ c thân, không t o liên k t v i nguyên t tr không. Đ kích thích nó c n m t năng l ế ớ ộ ử ng r t l n. ấ ớ ượ ể ầ ị

2S ). Xét l p electron hóa tr c a S:

tr ng thái c b n có 2 electron đ c thân nên

L u huỳnh có Z = 16, có hóa tr II ( ví d trong h p ch t H ụ ở ạ ấ ư ị ợ ơ ả ớ ộ ị ủ

› fl › fl › fl › fl

3s2 3p4 3do

tr ng thái kích thích th nh t, S có 4 electron đ c thân nên có hóa ứ ấ ộ

2 )

Ở ạ tr IV ( ví d h p ch t SO ị ụ ở ợ ấ

S

› › › › ›

3s1 3p3 3d2

tr ng thái kích thích th 2, S có 6 electron đ c thân nên có hóa tr Ở ạ ứ ộ ị

3 )

VI ( ví d h p ch t SO ụ ở ợ ấ

› › › › › ›

3s1 3p3 3d2

Mangan có Z = 25, tr ng thái c b n có c u hình electron v ở ạ ơ ả ấ ỏ

ngoài nh sau: ư

Mn

› › fl › fl › fl › fl › › › › › fl

3s2 3p6 3d5 4s2

Do có 2 electron l p ngoài ( 4s ớ ị

ị ề ư ớ

ệ ậ ị

2) nên hóa tr ph bi n là II. Đó là hóa ổ ế tr b n, vì tuy còn 5 electron đ c thân nh ng đã bán bão hòa phân l p d nên ộ ng mà Mn còn th thi n các hóa tr cao khá b n. Tuy v y, tùy môi tr ườ ề ỏ h n t ề ế ơ ừ c a khí hi m. ủ

III đ n VII. Hóa tr VII b n h n c do có v electron b gi ng v ơ ả ề ố ể ỏ ị

ế

i thích đ Áp d ng quy t c hóa tr spin nêu trên ta gi ả ắ ụ

ị . Tuy nhiên trong m t s tr ử ợ

ủ

ụ ư i thích đ ượ ắ ị

ng giá tr năng l ị ượ ự ị

ị ủ c hóa tr c a ượ ng h p, quy t c này không nhi u nguyên t ộ ố ườ ề ắ ư c nghi m đúng. Ví d nh : hóa tr đ c tr ng c a Fe và Cr là III nh ng đ ư ị ặ ệ ượ c. Nguyên nhân là do quy t c hóa tr spin quy t c này không gi ắ ả ng E c a liên không d a trên c s tính toán đ nh l ủ ượ ơ ở k tế

2.4.6. Liên k t ế s và p

là liên k t đ

ố ứ ế ậ ọ

- Liên k tế s ế c hình thành khi các AO tham gia liên k t ế ượ ế s che ph l n nhau d c theo tr c liên k t. V y liên k t có đ i x ng quay ủ ẫ ụ quanh tr c liên k t. ụ ế

Các orbital xen ph càng nhi u thì liên k t càng b n, theo th t ứ ự ủ ề ế ề

s

p-p

s-s < s

s-p < s

sau:

có đ i x ng quay nên hai nguyên t ố ứ

ể

ng đ n đ b n c a liên k t. Nó giúp phân t hay hai nhóm ả trong liên k t đó có th quay quanh tr c liên k t mà không nh ụ đi u ch nh linh đ ng khi ử ề ế ộ ề ủ ử ế ỉ ế ộ ưở

- Do liên k tế s nguyên t ử h ế tham gia ph n ng. ả ứ

c t o ra do s xen ph l n nhau c a các - Liên k t ế p là liên k t đ ủ ẫ ủ ự

orbital d c theo hai s ọ ế ượ ạ n c a tr c liên k t. ụ ế ườ ủ

ế p - Các orbital s có đ i x ng c u không t o ra liên k t ố ứ ạ ầ

ộ ề

ủ ng liên k t ượ ượ ơ

ế s - Liên k tế p có đ xen ph kém h n nhi u so v i liên k t , do đó có ớ ơ ế p cũng nh h n năng l ng liên ỏ ơ ế khi có c hai liên k t này (liên k t đ b n kém h n. Năng l ộ ề k tế s . Vì v y mà gi a hai nguyên t ữ ử ế ậ ả

. Hiđrocacbon ả ứ ễ ỡ ơ

ế s đôi) thì liên k tế p d v trong ph n ng h n liên k t không no d tham gia ph n ng c ng, còn hiđrocacbon no thì không. ộ ả ứ ễ

hay nhóm nguyên t không quay đ ử

- Trong liên k tế p , các nguyên t do quanh tr c n i tâm các nguyên t ử . Vì v y h p ch t có n i đôi có th ấ c ượ ể ử ậ ố ợ ụ ố

t ự có đ ng phân cis-trans. ồ

cũng là liên k t ợ

ộ

ẳ ằ ớ

ế s (H-Cl); - Trong các h p ch t, liên k t đ n bao gi ế ơ ờ ấ ế p (C = C), liên k t ba g m ế s ồ và m t liên k t liên k t đôi g m m t liên k t ế ộ ế ồ m t ộ s và hai p ; hai liên k tế p n m trên m t ph ng vuông góc v i nhau ặ (N ” N)

2.5. Thuy t lai hóa các orbital liên k t c a Paulling (1931) ế ủ ế

- Liên k t c ng hóa tr có tính đ nh h ng trong không gian, t o ra các ế ộ ị ị ướ ạ

0

góc hóa tr đ c tr ng. ị ặ ư

ủ ể ấ

ế mà th - D a vào các đám mây xen ph ta th y góc liên k t ch có th là 180 ớ ng là góc l n ỉ ườ ự ế

ự 0. Tuy nhiên, không có góc 900 trong th c t ho c 90ặ 0. h n 90 ơ

- Ví d : các góc liên k t trong phân t PH ế ụ ử

ổ ằ

ế ủ ẩ

ộ

3 là 930, trong H2S là 920. Trong khuôn kh thuy t hóa tr spin, Heitler và London đã gi i thích r ng, ả ị do các đám mây xen ph cùng di n tích nên đã đ y nhau, làm cho các góc ử 2O và NH3, m cặ liên k t h n 90 ế ơ ị dù N và O là nh ng nguyên t ư

H v i P và S nh ng các góc hóa tr ng t ệ 0m t chút. Tuy nhiên, trong các phân t ữ t ố ươ ự ớ

0 nhi u: góc HNH là 107

0, góc HOH là 1050. V n đ còn

ề ấ

i l n h n 90 l ơ ạ ớ khó khăn h n khi gi i thích các phân t ch a C, Si, Be, Hg... ơ ề ả ử ứ

ả ế ụ ệ ượ - Đ gi ể

ị i thích nh ng hi n t ữ ư

ạ ế ử

không tham gia m t cách riêng r ộ ử ủ ữ ẽ ớ ộ

ộ ẫ ạ

h p v i v i nhau t o thành liên k t b n h n. Các t ng nhau. Hi n t ế ề ng t ng đ ươ

ệ ượ ế ọ ệ ượ

ử ươ ươ ạ

ể ng đó, Paulling ti p t c phát tri n thuy t hóa tr spin khi đ a ra quan ni m lai hóa c a các orbital trong m t ộ ệ ế ị ủ . Theo ông, khi t o thành liên k t, nh ng electron hóa tr c a nguyên t m t nguyên t v i nhau mà các hàm sóng c a chúng, các AO, tr n l n v i nhau, và v m t toán h c g i là ọ ủ ọ ớ ề ặ h p đó là chúng t ớ ớ ổ ợ ơ ổ ợ h p gi a các orbital các hàm sóng t ữ ổ ợ ươ trong m t nguyên t ng lai hóa. Các khi tham gia liên k t g i là hi n t ộ hàm sóng t ố ng nhau ( có kích thích và hình d ng hoàn toàn gi ng ng đ nhau ) g i là các orbital lai hóa. ọ

- Các orbital lai hóa có d ng b t đ i x ng. Ph n âm c a nó bé l ạ ầ

ầ ươ ủ

ấ ố ứ ẽ ạ ẽ ề ủ ủ ớ ế ữ ớ ơ

ạ i. ng c a nó l n ra và do đó s t o đám mây xen ph l n khi tham Ph n d ớ gia liên k t. Liên k t hình thành s b n h n so v i liên k t gi a các ế ế orbital không lai hóa.

2.5.1. Lai hóa sp3 ( lai hóa t di n ) ứ ệ

- Đây là s t ộ

3 ( AO-sp3 ) h

ng các ph n d ự ổ ợ ủ ướ h p c a m t AO - s v i ba AO - p t o ra b n AO lai hóa ộ ứ ệ di n ạ ng đ n b n đ nh c a m t t ỉ ơ ươ ố ủ ế ố

ki u spể đ u v i tâm là h t nhân nguyên t ạ ớ ề ầ . ử

- Tr c c a các AO - sp ữ ớ ể

3 t o v i nhau nh ng góc 109 ộ

028'. Có th hình ng thì b n đ nh ố

di n khi đ t nó vào m t hình l p ph ụ ủ ư ộ ứ ệ ậ ỉ ươ

dung nh m t t c a nó chi m n a s đ nh c a hình này. ử ố ỉ ủ ạ ặ ủ ế

4

3 là nguyên t

C trong CH M t ví d v lai hóa sp ụ ề ộ ử

tr ng thái c b n, tr ng thái kích thích ị ủ ơ ả ở ạ

C* và - V electron hóa tr c a C ỏ tr ng thái lai hóa C (sp ở ạ ở ạ 3 ) nh sau: ư

3 hoàn thi n có

- Ki u lai hóa sp C, Si, Ge... ể ệ ở

3 khi m khuy t x y ra m t s tr ở ộ ố ườ ặ

- Ki u lai hóa sp ng h p, ví d ể ế ợ

ụ ở ế ả N và O trong NH3 và H2O. Khi đó có 1 ho c 2 orbital lai hóa không ch a ứ electron đ c thân mà ch a m t c p electron không phân chia. ộ ặ ứ ộ

2.5.2. Lai hóa sp2 ( lai hóa tam giác )

2. Các AO

- Đó là s t h p m t AO - s v i hai AO - p t o ra ba AO - sp ạ

0.

- sp2 n m trong m t ph ng, t o v i nhau nh ng góc 120 ữ ằ ạ ự ổ ợ ặ ộ ẳ ớ ớ

2 x y ra ả

- Ki u lai hóa sp trong BF3, ể ở ế ơ s B, Al, t o ra các liên k t đ n ạ

AlCl3...

các nguyên t khác, ví d C, N. Khi đó có ả ở ụ ở

ố 2H4, NO3. - Lai hóa sp2 cũng x y ra và p nh trong C s ư t o liên k t đôi ạ ế

2H4: cacbon lai hóa sp2 có c u hình sau:

Tr ườ ng h p C ợ ấ

›

› › ›

Sp2 pz

z c a hai nguyên t

ế s Trên m t ph ng (x,y) có 5 liên k t ặ ứ

còn có liên k t ế p gi a các orbital p ủ ụ . Trên m t ph ng ch a tr c z ặ ẳ cacbon. ử ẳ ữ

2.5.3. Lai hóa sp ( lai hóa th ng ) ẳ

Đó là s t ằ h p m t AO - s v i m t AO - p t o ra hai AO - sp n m

0.

ớ ng ng ạ c nhau, t o ra góc 180 ự ổ ợ th ng hàng v i nhau nh ng h ớ ộ ư ẳ ộ ượ ạ ướ

Ki u lai hóa này x y ra Be, Zn, Cd, Hg... ể ả ở

Ki u lai hóa sp cũng x y ra ế ạ ả ở

ể và hai p n m vuông góc nhau). Ví d tr ng h p C trong phân t C, N.. Khi đó có t o ra liên k t ba ử ụ ườ ằ ợ

( m t ộ s C2H2.

- Ở ạ ử

cacbon có hai AO - sp và còn hai . Các AO - p t o ra liên ỗ ạ ạ

tr ng thái lai hóa, m i nguyên t ế s AO - p(py,pz). Các AO - sp t o ra các liên k t k t ế p n m vuông góc v i nhau. ằ ớ

2 ( O = C = O ) cũng có lai hóa sp

Trong phân t nguyên t COử ở ử

cacbon.

. ế s Nh n xét: các AO lai hóa ch t o ra liên k t ỉ ạ ậ

ế

các kim lo i thu c các nguyên t - Ngoài các AO lai hóa trên còn có lai hóa liên quan đ n các AO - d, hay ở ả b ng d trong ph c ch t, nêu ứ ạ ấ ộ ố

g p ặ ở sau.

B ng 3.6. Các ki u lai hóa và hình d ng phân t ể ả ạ ử

ể Ví dụ Ki u phân tử Ki u lai ể Aở hóa Hình dáng phân tử Góc hóa trị

AB2 sp 1800 ZnCl2, CO2, BeCl2 ngườ đ th ngẳ

AB3 Sp2 tam giác 1200 SO3, BF3, AlCl3

+, CH4, CCl4

AB4 Sp3 109028' NH4 t di n ứ ệ

2

2

-

[

]

(

)

] +

PtCl

N H

[ ; Cu

4

43

AB4 Dsp2 vuông 900

AB5 Sp3d PCL5 ngưỡ l chóp 900 và 1200

) 6CN

AB6 sb3d2 900 bát di nệ SF6, SiF2- 6, ] -4 [ ( Fe

2.5.4. D đoán ki u lai hóa ự ể

- G i a là t ng s nguyên t trung tâm ổ ố ọ ử liên k t tr c ti p v i nguyên t ế ế ự ớ ử

trong phân t

trung - b là s c p electron (ho c m t electron) hóa tr c a nguyên t ộ ị ủ ử ặ

3

2

ư

2. C u hình electron c a nguyên t

có ki u lai hóa sp có ki u lai hóa sp có ki u lai hóa sp .ử ố ặ tâm ch a tham gia liên k t. ế • N u a + b = 4 → phân t ử • N u a + b = 3 → phân t ử • N u a + b = 2 → phân t ử ể ể ể

Be là 1S BeHử ấ ử ủ

1 c a hai nguyên t

ị

2 là H - Be - H. Nh v y xung quanh Be có hai nguyên t

ủ ứ ử

22S2 , Be là 2. Hai electron này đã tham hidro. Công th c Lewis ử Be không còn electron hóa tr nào không tham

ư ậ

ử ị

ế ế ế Ví d :ụ Xét phân t trung tâm, có hai electron hóa tr 2S nguyên t ử gia liên k t v i hai electron 1S ế ớ c a phân t BeH ử ủ liên k t v i nó, nguyên t ế ớ gia liên k t.ế

ị ủ

2 có c u d ng th ng, góc liên k t HBeH là 180

0.

ủ

Ta có: a = 2; b = 0 → a + b = 2 nên các AO hóa tr c a Be có lai hóa sp. Hai obitan lai hóa này xen ph l n nh t v i hai obitan 1S c a hai nguyên t ử ủ ớ ấ

ạ ử 3. C u hình electron c a nguyên t BeH ấ ấ ớ ẳ ủ

H. Do đó phân t Xét phân t BFử ử ế B là 1S ử ả

3. Nh v y xung quanh B có 3 nguyên t

ị ị ủ ử

ư ậ ử

22S22P1 , B là 22P1. C ba electron này đ u ề nguyên t trung tâm, có ba electron hóa tr 2S ứ Flo. Công th c tham gia liên k t v i ba electron hóa tr c a ba nguyên t ế ớ ế Lewis c a phân t liên k t BF ử ủ v i nó, nguyên t B không còn electron hóa tr nào không tham gia liên ử ớ k t.ế

ị

ị ủ

2. ử

3 có c u d ng tam giác, góc lien k t FBF là 180

0 .

ấ ớ ủ

ủ ớ ạ BFử ế ấ

Ta có: a = 3; b = 0 → a + b = 3 nên các AO hóa tr c a B có lai hóa sp Ba obitan lai hóa này xen ph l n nh t v i ba obitan 2P c a ba nguyên t F. Do đó phân t Bài t p:ậ 1.