Tài liệu ôn tập: Chương III. Liên kết hóa học và cấu tạo phân tử

Chia sẻ: Vi Chiến Thắng | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:68

Thêm vào BST

Báo xấu

378
lượt xem 69
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trừ các khí hiếm phân tử gồm 1 nguyên tử, các nguyên tử nguyên tố khác có khuynh hướng kết hợp với nhau để đạt cấu hình tương tự khí hiếm (ns2 np6 hay 1s2) - bền hơn cấu hình từng nguyên tử riêng rẽ.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tài liệu ôn tập: Chương III. Liên kết hóa học và cấu tạo phân tử

Chương III LIÊN KẾT HÓA HỌC  VÀ CẤU TẠO PHÂN TỬ Các liên kết hóa học Đầu tiên, được xem xét theo quan điểm truyền thống Lewis- Kossel: Trừ các khí hiếm phân tử gồm 1 nguyên tử, các nguyên tử nguyên tố khác có khuynh hướng kết hợp với nhau để đạt cấu hình tương tự khí hiếm (ns2 np6 hay 1s2) - bền hơn cấu hình từng nguyên tử riêng rẽ. Tiếp đó các PP mới hơn: PP liên kết – hóa trị  PP orbitan phân tử. 1
III.1. Những khái niệm cơ bản về liên kết hóa học: A. Bản chất liên kết: Liên kết hóa học có bản chất điện, vì cơ sở tồn tại của mọi liên kết hóa học là lực hút giữa các hạt tích điện.  Electron thực hiện liên kết hóa học trong mọi trường hợp chủ yếu là các electron của những phân lớp ngoài cùng : ns, np , (n-1)d, (n-2)f, được gọi là electron hóa trị.  Sự phân bố mật độ electron khác nhau trong trường hạt nhân của các nguyên tử đưa đến xuất hiện các kiểu liên kết khác nhau, chủ yếu có 2 kiểu liên kết: cộng hóa trị và ion. 2
B. Vài đặc trưng của liên kết hóa học: 1 . Ño ä d a ø i laø khoaûng caùch (đơn vị A0) giöõa hai haït l ie ânhaânácuûa caùc nguyeân töû töông taùc vôùi nhau. n ke t Phân tử Phân tử Ño ä d a ø i lie â n Ño ä d a ø i ke á t l ie â n ke á t H2 0,7414 HF 0,9168 F2 1,4119 HCl 1,2746 Cl2 1,988 HBr 1,4144 Br2 2,2811 HI 1,6092 I2 2,666 C2H6(C – C) 1,54 N2 1,0977 C2H4(C= C) 1,35 O2 1,2075 C2H2(C≡ C) 1,21 CO 1,2832 3
laø naêng löôïng caàn tieâu toán ñeå phaù 2. Naêng löôïng lieân vôõ lieân keát hay laø naêng löôïng ñöôïc giaûi phoùng ra khi taïo keát thaønh lieân keát.  Lieân keát caøng beàn thì naêng löôïng lieân keát caøng lôùn. Quy taéc: "Hieäu öùng nhieät phaûn öùng baèng toång naêng löôïng lieân keát coù trong caùc chaát ban ñaàu tröø toång naêng löôïng lieân keát coù trong caùc saûn phaåm“ (coù keå ñeán caùc heä soá hôïp thöùc cuûa phöông trình hoùa hoïc). ∆ H0 = Σ ∆ Hlk0 (tác chất) - Σ ∆ Hlk0 (sản phẩm)  Đ/v phân tử 2 nguyên tử AB thì năng lượng phân li đúng bằng năng lượng liên kết A-B. VD: EH-H = EplH2 = 431,4 kJ/mol  Đ/v phân tử 2 nguyên tử ABn thì NL phân li chỉ xác định được NL liên kết trung bình của lk A-B (= 1/n NL phân li ABn). EplH2O 916,6 VD: EO-H =  =  = 459,8 kJ/mol   4 2 2
 Có thể xác định gần đúng đoä daøi lieân keát dựa trên bán kính nguyên tử theo công thức:  Khi các nguyên tử A, B có độ âm điện gần nhau: dA-B = rA + rB Khi các nguyên tử A, B có độ âm điện khác nhau nhiều: dA-B = rA + rB - 0,09 |χ A - χ B|  Goùc hoùa laø goùc taïo thaønh bôûi hai ñoaïn thaúng trò töôûng töôïng noái haït nhaân nguyeân töû trung taâm vôùi hai haït nhaân nguyeân töû lieân keát. H O 109 28’ 0 104,50 H H C H H 5 H
III. 2 . LIEÂN KEÁT III. 2 . 1 . TRÒ ng pháp l ie â n k e á t c o ä n g H OÙA Phươ h o ù Notäròd u VB) ơ b a û n : 1 . a i ( ng c  Kh ái niệm về liên kết cộng hóa trị (LKCHT)  LKCHT trên cơ sở cặp electron góp chung do các nguyên tử tương tác đóng góp  liên kết 2 electron – 2 tâm  LKCHT h ìn h t h a ø n h la ø d o s ö ï c h e p h ủ n h a u g i ữa các AO chứa các electron góp chung của các nguyên tử tham gia tạo liên kết. VD: sự che phủ cặp đôi giữa 2 orbitan nguyên tử s và hai orbitan nguyên tử p s s p p 6
 Độ bền của LKCHT phụ thuộc vào độ che phủ của các AO, nghiã là phụ thuộc vào kích thước, hình dạng của AO, hướng che phủ. ⇔ độ che phủ càng lớn liên kết càng bền và liên kết được tạo thành khi độ che phủ đạt cực đại.  LKCHT trong công thức được biểu diễn bằng 2 chấm hay gạch nối. VD: liên kết trong phân tử hydro: H : H H H hay 7
 Khả năng tạo LKCHT của nguyên tố và tính bão hòa của LKCHT  Cơ chế và khả năng tạo LKCHT của nguyên tố: cặp electron góp chung cơ sở của LKCHT  Cơ chế ghép đôi:được tạo thành do mỗi nguyên tử tương tác đóng góp 1. Các electron này là các electron hóa trị độc thân. Liên kết được hình thành do sự che phủ lẫn nhau giữa 2 AO hóa trị chứa các electron độc thân này. VD: H• + H• → H ⋅ ⋅ Cl + Cl → Cl2 H và •→ Cl → Cl + Cl Cl •+ ••  Lieâân keát coäng hoùa trò hình thaønh giöõa nhöõng nguyeân töû gioáng nhau hay khoâng khaùc nhau nhieàu veà ñoä aâm ñieän.  Tröôøng hôïp caëp electron chung phaân boá ñeàu cho caû hai nguyeân töû, ta baûo lieân keát coäng hoùa trò khoâng phaân cöïc H H, Cl Cl 8
 Caëp electron chung phaân boá leäch veà moät nguyeân töû coù ñoä aâm ñieän lôùn hôn, ta baûo lieân keát coäng hoùa trò bò phaân cöïc . δ δ + - HCl  khả năng tạo LKCHT được quyết định bởi số electron hóa trị độc thân của nguyên tử của nguyên tố  Hóa trị của một nguyên tố bằng số electron độc thân của nguyên tử (ở trạng thái cơ bản hay kích thích) VD: cấu hình electron của C ở:  trạng thái bình thường C : 1s2 2s2 2p2 (2px1 2py1 2pz0) . VD: CO  trạng thái kích thích C*: 1s2 2s1 2p3 (2px1 2py1 2pz1).VD: CH4, CO2 Ở trạng thái kích thích C* có 4 electron độc thân do có thêm 1 electron tách ra từ AO 2s chuyển lên AO 2pz còn tự do 9
 Cơ chế cho Lieân keâát phoái trí laø moät loaïi lieân nhận: keát coäng hoaù trò trong ñoù: + caëp electron chung do moät nguyeân töû ñoùng goùp (chất cho)  cặp electron hóa trị tự do. + chất nhận cần có 1 AO hóa trị không chứa electron  AO hóa trị tự do  Liên kết trong trường hợp này được hình thành do sự che phủ giữa:  AO chứa cặp electron hóa trị tự do của nguyên tử cho và  AO hóa trị tự do của nguyên tử nhận. H + H VD: •• ⇔ NH4 N: + H+ NH3 N H H H H + chất cho chất nhận H H  khả năng tạo LKCHT còn được quyết định bởi cả các AO hóa trị 2 electron và AO hóa trị tự do. 10
• Tính bão hòa của LKCHT:  Số LKCHT cực đại của nguyên tố bằng số AO hóa trị của nó. VD:  Đ/v các nguyên tố CK II, số AO hóa trị là 4 (một 2s và ba 2p)  Đ/v các nguyên tố d , số AO hóa trị là 9 (một 2s, ba 2p và năm d) ⇒ số LKCHT cực đại chúng có thể tạo thành là 9.  Khả năng tạo được số LKCHT có giới hạn của nguyên tố được gọi là tính bão hòa của LKCHT ⇒ chính tính chất này làm cho các phân tử có thành phần và cấu trúc xác định. 11
 Tính định hướng của LKCHT và sự lai hóa các AO  Tính định hướng của LKCHT và cấu hình không gian của phân tử: Liên kết được tạo thành khi mức độ che phủ của các AO đạt cực đại. Muốn vậy các AO phải che phủ nhau theo hướng nhất định.  Điều này dẫn đến liên kết phải được tạo thành theo hướng nhất định và do đó phân tử tạo thành phải có cấu hình không gian nhất định. H 1s VD: phân tử H2Te có cấu hình dạng ∧ góc với góc hóa trị HTeH = 900 là do H 2 liên kết H-Te được tạo thành do 1s 5p sự che phủ của các AO 1s (của H) Te 5p với 5p (của Te) dọc theo các trục tọa độ (hướng che phủ cực đại) 12
 Sự lai hóa các AO: Tuy nhiên trong thực tế có nhiều hợp chất có cấu hình không gian phân tử không thể được giải thích bằng sự che phủ thông thường của các AO s, p, d , f… tạo nên các liên kết trong những hợp chất đó. ∧ VD: các hợp chất H2O (dạng góc, HOH= 104,50), ∧ NH3 (dạng tháp tam giác, HNH= 107,30) ∧ CH4 (dạng tứ diện đều, HCH = 109028’) Để giải thích Pauling và Slater đưa ra thuyết lai hóa các AO: z Các nguyên tử khi tương tác với nhau có thể dùng những AO “trộn lẫn” mới, được tạo thành do sự tự che phủ nhau - + giữa các AO s, p, d , f… trong nội bộ x nguyên tử của mình (sự lai hóa các AO) để y che phủ với các AO của nguyên tử khác tạo Hình dạ13 orbital lai hóa ng liên kết.
 Sự lai hóa có các đặc điểm sau:  Orbital lai hóa tạo thành có hình dạng, năng lượng hòan tòan giống nhau, nhưng khác với các AO tham gia lai hóa.  Số orbital lai hóa tạo thành bằng số AO tham gia lai hóa và phân bố rất đối xứng trong không gian.  Có nhiều kiểu lai hóa khác nhau: sp, sp2, sp3, sp3d…  Điều kiện lai hóa bền:  các orbital tham gia lai hóa có năng lượng gần nhau,  mật độ electron lớn, mức độ che phủ lớn. 14
 Xét một số kiểu lai hóa: • Lai hóa sp: xảy ra do sự che phủ của một orbital s với 1 orbital p và tạo thành 2 orbital lai hóa sp phân bố đối xứng trên một đường thẳng, nghiã là dưới góc 1800 y s sp sp • • x p Sự lai hóa sp 1800 ∧ VD: phân tử BeH2 có dạng đường thẳng với góc hóa trị HBeH = 1800. Cấu hình này được giải thích là do nguyên tử Be trung tâm sử dụng 2 orbital lai hóa sp che phủ với các orbital 1s của 2 nguyên tử H tạo thành 2 liên kết Be-H 1800 sp sp s s • • • H Be H H Be H 15
Be Cl Cl 3p 3p sp sp Phaân BeCl 2 (nguyeân beriai hoùa ) töû töû l sp 16
•Lai hóa sp2: xảy ra do sự (tự) che phủ của một orbital s với hai orbital p và tạo thành 3 orbital lai hóa sp2 phân bố đối xứng trên mặt phẳng theo hướng đến 3 đỉnh của một tam giác đều, nghiã là dưới góc 1200 p 3p Cl p sp2 1200 Cl B sp2 3p sp2 p 3p C l O r b it a l O r b i ta l O r b ita l Phaân BCl 3 (nguyeân bo hoùa 2 ) 1 orbital 2s + 2 orbital 2p = 3 orbital sp2 töû töû lai sp  che phủ với 3 orbital 3p của 3 nguyên tử Cl tạo thành 3 liên kết B  Cl 17
 Lai hóa sp3: xảy ra do sự (tự) che phủ của một orbital s với ba orbital p và tạo thành 4 orbital lai hóa sp3 phân bố đối xứng trong không gian theo hướng đến 4 đỉnh của một tứ diện đều, nghiã là dưới những góc 1090 28’. s H H s H H sp3 sp3 C C H sp3 sp3 H H s H Chieàu daøi C-H: 109,3 pm s o Goùc hoùa trò H-C-H: 109 28' Phân tử CH4 (nguyên tử C lai hóa sp3) 1AO2s + 3AO2p = 4AOsp3 ⇒ che phủ với 4 AO1s của các nguyên tử H, tạo thành 4 liên kết C - H o 109,5 18 3 Truïc cuûa boán orbital lai hoùa sp Boán orbital lai hoùa sp 3
 Giải thích cấu hình không gian các phân tử H2O, NH3, CH4:  Các dạng góc, tháp tam giác, tứ diện đều của chúng được giải thích bởi trạng thái lai hóa sp3 của các nguyên tử trung tâm O, N, C ( do các góc hóa trị của chúng bằng hoặc gần bằng với 109028’):  các nguyên tử này sử dụng các orbital lai hóa sp3 để che phủ với các orbital 1s của các nguyên tử H tạo thành các liên kết trong phân tử.  Sự sai lệch giữa góc hóa trị của H2O và NH3 được giải thích bằng lý thuyết đẩy nhau giữa các cặp electron hóa trị của Gillespie: các cặp electron hóa trị tự do trong 2 phân tử trên đẩy các cặp electron liên kết làm cho góc hóa trị hẹp lại ⇔ số cặp electron hóa trị tự do càng nhiều đẩy càng mạnh 19
H H N N H H H H Chieàu daøi N-H: 101,4 pm Goùc hoùa trò H-N-H: 107o3 Phaân amoniac(nguyeân nitô lai hoùa 3) töû töû sp 20