Bài giảng Hóa đại cương A1: Chương 6 - Từ Thị Trâm Anh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:208

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Hóa đại cương A1" Chương 6 - Các mô hình liên kết hóa học hiện đại, được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Thuyết VB – Mô hình liên kết cộng hóa trị định chỗ; Thuyết orbital phân tử (MO) – mô hình liên kết cộng hóa trị với electron bất định chỗ; Thuyết dãy – sự dẫn điện trong kim loại, bán dẫn, và chất cách điện;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hóa đại cương A1: Chương 6 - Từ Thị Trâm Anh

CHƯƠNG 6 CÁC MÔ HÌNH LIÊN KẾT HÓA HỌC HIỆN ĐẠI GV: Từ Thị Trâm Anh tttanh@hcmus.edu.vn Năm học 2022-2023, HKI
6.1. Thuyết VB – Mô hình liên kết cộng hóa trị định chỗ 6.1.1. Vài ví dụ về sự tạo thành liên kết cộng hóa trị theo thuyết VB 6.1.2. Hai kiểu xen phủ căn bản và sự tạo thành liên kết theo thuyết VB 6.1.3. Đặc điểm của liên kết cộng hóa trị theo thuyết VB 6.1.3.1. Khả năng tạo liên kết cộng hóa trị của các nguyên tử và tính bão hòa của liên kết cộng hóa trị 6.1.3.2. Tính định hướng của liên kết cộng hóa trị 6.1.4. Thuyết tạp chủng orbital hóa trị 6.1.5. Mô hình liên kết cộng hóa trị với hệ thống liên kết π bất định vị trong các phân tử có sự cộng hưởng 6.1.6. Acid Lewis và base Lewis 6.1.7. Liên kết cộng hóa trị trong mạng tinh thể – các “đại phân tử” 2
6.2. Thuyết orbital phân tử (MO) – mô hình liên kết cộng hóa trị với electron bất định chỗ 6.2.1. Sự tạo thành orbital phân tử trong phân tử H2 theo thuyết MO 6.2.2. Tóm tắt nguyên tắc và quan điểm chung của thuyết MO 6.2.3. Thuyết MO cho các phân tử nhị nguyên tử đồng nhân thuộc chu kỳ 1 6.2.4. Các phân tử nhị nguyên tử đồng nhân thuộc chu kỳ 2 6.2.5. Các phân tử nhị nguyên tử dị nhân của các nguyên tố thuộc chu kỳ 2 6.2.6. Áp dụng thuyết MO cho phân tử HF 6.2.7. Liên kết π bất định chỗ trong phân tử benzene theo thuyết MO 6.3. Thuyết dãy – sự dẫn điện trong kim loại, bán dẫn, và chất cách điện 3
? Tại sao phân tử O2 với tổng số electron chẵn nhưng có tính thuận từ, ? Tại sao các phân tử SF6, PCl5 tạo được nhiều hơn tám electron hóa trị, ? Tại sao một số chất như silicon (Si) có tính bán dẫn Cần mô hình khác để giải thích bản chất liên kết hóa học một cách hiệu quả hơn. ❖ Mô hình liên kết cộng hóa trị/Valence Bond theory (VB) ❖ Mô hình orbital phân tử/Molecular Orbitals (MO) 4
Tương tác giữa hai nguyên tử hydrogen khi tạo thành phân tử H2 Các tương tác xảy ra khi hai nguyên tử H ở khá gần nhau 5
Sơ đồ biểu diễn tổng năng lượng của sự tương tác giữa hai nguyên tử H theo khoảng cách giữa hai nguyên tử Vai trò của các orbital nguyên tử trong sự tạo thành liên kết hóa học là gì? 6
6.1 Thuyết VB (Valence Bond theory ) – Mô hình liên kết cộng hóa trị định chỗ 7
Sự tạo thành liên kết cộng hóa trị theo VB ❖ Theo thuyết VB, liên kết hóa học được tạo thành do sự xen phủ các orbital của các nguyên tử tham gia liên kết, mỗi liên kết cộng hóa trị tạo thành có hai electron trong vùng xen phủ. 8
Bản chất toán học của sự tạo thành liên kết cộng hóa trị theo VB ❖ Về mặt toán học, thuyết VB đề nghị phương trình Schrödinger để biểu diễn cho việc xen phủ giữa hai orbital nguyên tử và hai electron tập trung trong vùng giữa hai nhân nguyên tử là : Ψ = C1 ΨA(1) ΨB(2) + C2 ΨA(2) ΨB(1) • ΨA và ΨB là các hàm sóng của hai nguyên tử A và B (6.1) • Ký hiệu (1) và (2) để chỉ hai electron của hai nguyên tử H tham gia tạo liên kết với nhau • ΨA(1) mang ý nghĩa electron (1) “thuộc về” orbital của nguyên tử A • C1 , C2: chỉ mức độ đóng góp của từng biểu thức đi theo nó vào hàm sóng của liên kết. ❖ Phương trình này không cho kết quả năng lượng phù hợp với thực tế. Do đó thuyết VB dùng thêm các biểu thức điều chỉnh vào phương trình (6.1) để thu được kết quả gần với thực tế hơn. 9
Phân tử H2 ❖ Hai orbital hóa trị 1s của hai nguyên tử có thể xen phủ nhau để tạo thành orbital liên kết ở vùng nối nhân giữa hai nguyên tử. ❖ Để tương tác hút giữa các electron và nhân nguyên tử là mạnh nhất, electron trên hai AO 1s của hai nguyên tử H phải tập trung trong vùng xen phủ orbital giữa hai nhân, tức là mật độ electron tăng lên ở vùng orbital liên kết. ❖ Orbital liên kết chứa hai electron trong vùng xen phủ. Liên kết sigma (𝜎) Orbital liên kết tạo thành với sự xen phủ của hai AO trên đường nối nhân được gọi là liên kết sigma ( 𝜎 ). 10
Phân tử H2S ❖ Mỗi orbital 3p của nguyên tử S có hình số tám nổi, được biểu diễn bằng hai thùy có màu và dấu khác nhau và cùng nằm trên một đường thẳng ❖ Dấu khác nhau trên hai thùy xuất phát từ kết quả giải phương trình Schrödinger và thường được biểu diễn bằng hai màu khác nhau. H ↑ S [Ne] ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ 1s 3s 3p 11
Phân tử H2S ❖ Nguyên tử S có hai orbital 3p chỉ chứa một electron, mỗi orbital này sẽ xen phủ với một orbital chứa một electron của nguyên tử H. ❖ Sự xen phủ giữa các orbital 3py và 3pz của nguyên tử S (mỗi orbital chứa một electron) với các orbital 1s chứa một electron của nguyên tử H, tạo thành hai vùng xen phủ, mỗi vùng đều chứa hai electron Góc H-S-H là 90o, khá phù hợp với góc liên kết thực tế là 92o Các vân đạo s của nguyên tử H có thể xen phủ với 3 vân đạo p đã được điền đầy một nữa của S 12
VD: Hãy mô tả phân tử PH3 theo thuyết VB 4 bước: Bước 1: Chúng ta xác định quỹ đạo hóa trị của nguyên tử trung tâm. Bước 2: Chúng ta phác thảo các quỹ đạo hóa trị. Bước 3: Chúng ta đưa vào các nguyên tử được liên kết với nguyên tử trung tâm và phác họa sự chồng lấp quỹ đạo. Bước 4: Chúng ta mô tả cấu trúc kết quả. 13
VD: Hãy mô tả phân tử PH3 theo thuyết VB Bước 1: Vẽ biểu đồ vân đạo lớp vỏ hóa trị cho từng nguyên tử riêng biệt. H ↑ P [Ne] ↑↓ ↑ ↑ ↑ 1s 3s 3p Bước 2: Vẽ các obital của nguyên tử trung tâm (P) tham gia vào xen phủ. Vân đạo liên kết Chính là những vân đạo 3p được lấp đầy một nửa. của nguyên tử P Bước 3: Hoàn thành cấu trúc bằng cách tập hợp các nguyên tử liên kết lại với nhau và biểu diễn sự xen phủ quỹ đạo. Liên kết cộng hóa Bước 4: Mô tả cấu trúc. PH3 là một phân tử kim tự tháp. Ba H trị đã hình thành nguyên tử nằm trong cùng một mặt phẳng. Nguyên tử P nằm ở đỉnh của kim tử tháp phía trên mặt phẳng của các nguyên tử H. Ba góc liên kết H-P-P là 90o 14
Điều kiện tạo liên kết cộng hóa trị theo VB ❖ 2 nguyên tử tạo liên kết phải ở khá gần nhau → Sự xen phủ của các AO ❖ Có 2 electron trong vùng xen phủ ❖ Điều kiện để các AO xen phủ nhau: • Các AO phải có năng lượng xấp xỉ nhau (đồng năng) • Các AO cùng dấu trong vùng xen phủ • Hướng xen phủ thích hợp → xen phủ cực đại 15
Hai kiểu xen phủ căn bản và sự tạo thành liên kết theo thuyết VB Xen phủ trục/ Xen phủ 𝝈 Xen phủ bên/ Xen phủ hông/ Xen phủ π Liên kết π Trục liên nhân Vùng xen phủ H Cl Cl Cl p p 1s 3p 3p 3p 16
Liên kết sigma ( 𝝈) ❖ Liên kết 𝜎 được tạo thành do sự xen phủ dọc theo trục nối nhân của hai orbital hóa trị của hai nguyên tử tạo liên kết có hai electron trong vùng xen phủ, kiểu xen phủ như vậy còn được gọi là xen phủ trục. ❖ Liên kết 𝜎 có thể tạo thành do sự xen phủ trục giữa hai orbital s – s (H2), giữa hai orbital s – p (H2S), hoặc giữa hai orbital p – p. ❖ Mật độ điện tử tập trung ở giữa 2 hạt nhân được liên kết. 17
Liên kết pi (π) ❖ Liên kết π được tạo thành khi có sự xen phủ bên giữa hai orbital định hướng song song với nhau và vuông góc với trục nối nhân. ❖ Mật độ điện tử ở trên và dưới trục liên nhân. 18
Sự tạo thành liên kết cộng hóa trị trong phân tử N2 theo thuyết VB Xen phủ 𝝈 trong phân tử N2 x x ↑↓ ↑ ↑ ↑ [He] 2s2 2p3 [He] 2s2 2p3 ↑↓ ↑ ↑ ↑ 2s 2px 2py 2pz z z 2s 2px 2py 2pz y y Liên kết 𝜎 trên trục z ↑↓ Mỗi orbital 2pz chứa một electron của hai nguyên tử sẽ xen phủ nhau trên trục z tạo thành vùng xen phủ có hai electron, xen phủ này xảy ra trên trục nối nhân nên tạo thành liên kết 𝜎. 19
Sự tạo thành liên kết cộng hóa trị trong phân tử N2 theo thuyết VB Xen phủ 𝝅 trong phân tử N2 x x x x ↑ ↑ z z ↑ z ↑ z y y y y x x x x ↑↓ z ↑↓ z y y Lk π trên trục x Lk π trên trục y • Hai orbital 2px của hai nguyên tử N song song với theo phương x vuông góc với trục nối nhân z nên chúng có thể xen phủ bên với nhau, mỗi orbital này đều chứa một electron nên vùng xen phủ có hai electron → tạo thành liên kết π theo phương x. • Tương tự như vậy, sự xen phủ hông của hai orbital 2py → tạo thành liên kết π thứ hai theo phương y 20