›

Bài giảng Hóa đại cương - Chương 4: Liên kết hóa học và cấu tạo phân tử

pptx 122 trang Hải Phong 14/07/2023 1480
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Hóa đại cương - Chương 4: Liên kết hóa học và cấu tạo phân tử", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptxbai_giang_hoa_dai_cuong_chuong_4_lien_ket_hoa_hoc_va_cau_tao.pptx

Nội dung text: Bài giảng Hóa đại cương - Chương 4: Liên kết hóa học và cấu tạo phân tử

  1. General Chemistry Chương 4 Liên kết hóa học và cấu tạo phân tử
  2. Nội dung 1. Những khái niệm cơ bản về liên kết hóa học 2. Liên kết ion 3.Liên kết cộng hóa trị 4.4.Liên kết kim loại 4.5.Liên kết phân tử General Chemistry: Chapter 10 Slide 2 of 35
  3. 4.1.2.Một số đặc trưng của liên kết ▪ Độ dài liên kết •Khái niệm : khoảng cách giũa 2 hạt nhân của các nguyên tử tương tác với nhau Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 3 of 35
  4. 4.1.2.Một số đặc trưng của liên kết ▪Góc hoá trị : góc tạo thành bởi 2 đoạn thẳng nối hạt nhân nguyên tử trung tâm với 2 hạt nhân nguyên tử liên kết. Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 4 of 35
  5. 4.1.2.Một số đặc trưng của liên kết Phân tử Hình dạng Góc liên kết o AX2 Thẳng 180 o AX3 Tam giác 120 o AX4 Tứ diện 109.5 o o AX5 Lục diện 90 / 120 o AX6 Bát diện 90 Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 5 of 35
  6. 4.1.2.Một số đặc trưng của liên kết ▪ Năng lượng liên kết: Hình thành phân tử Khái niêm: C + 4H - Q CH4 + Q Phân ly phân tử Năng lượng được giải phóng ra khi tạo thành liên kết đó từ các nguyên tử  Trị số − Elk = + Eph -Phân tử 2 nguyên tử AB −EA−B = + EAB 1 -Phân tử nhiều nguyên tử ABn − E = + E A−B n ABn Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 6 of 35
  7. 4.1.2.Một số đặc trưng của liên kết ▪ Bậc liên kết • Khái niệm: số liên kết tạo thành giữa 2 nguyên tử tương tác trực tiếp nhau • Quy luật :  Bậc liên kết →d &  Elk Độ dài LK Độ mạnh LK Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 7 of 35
  8. Các học thuyết về liên kết hoá học ▪ Thuyết điện hoá -Nội dung : Ng.tử = cực “+” + cực “-” 2 ng.tử A & B : A có cực “+” chiếm ưu thế B có cực “-” chiếm ưu thế Hút nhau → Hợp chất hoá học -Hạn chế : Ng.tử giống nhau → O2, H2, Cl2 ? Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 8 of 35
  9. Các học thuyết về liên kết hoá học ▪Thuyết cấu tạo -Nội dung : +Các ng.tử trong phân tử kết hợp với nhau theo một trật tự xác định tương ứng với hoá trị của chúng +T/c hoá học của các chất = f(thành phần & cách sắp xếp ng.tử) hay f(cấu trúc hoá học) -Hạn chế : bản chất thật sự của liên kết hoá học ? Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 9 of 35
  10. Các học thuyết về liên kết hoá học ▪Thuyết electron -Nội dung 2 ng.tử tiếp xúc→Lơp vỏ “e” ngoài cùng thay đổi →Đạt 8 e (Cấu hình bền vững của khí trơ) Cặp “e” dùng chung tạo thành Liên kết hoá học 2 loại liên kết: Cặp “e” thuộc về 2 ng.tử →Liên kết cộng hoá trị Cặp “e” thuộc về 1 ng.tử →Liên kết ion -Hạn chế : bản chất thật sự của liên kết hoá học ? Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 10 of 35
  11. Các học thuyết về liên kết hoá học ▪Thuyết cơ lượng tử Lực hút Đám mây electron Lực đẩy Hạt nhân Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 11 of 35
  12. 4.1.3.Lý thuyết lượng tử về liên kết hoá học ▪ Thuyết cơ lượng tử • Ví dụ • Phân tử gồm một số giới hạn các hạt nhân ng.tử và các “e” tương tác với nhau & được phân bố xác định trong không gian, tạo thành một cấu trúc bền vững Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 12 of 35
  13. 4.2.Liên kết ion. 4.2.1.Cơ chế 4.2.2.Điều kiện 4.2.3.Tính chất đặc trưng của liên kết ion Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 13 of 35
  14. 4.2.1.Cơ chê tạo thành liên kết ion ▪ Thuyết tĩnh điện về liên kết ion của Kossel (Kossel 1888-1967,người Đức). -Chuyển electron hoá trị từ nguyên tử này sang nguyên tử khác. Nguyên tử mất “e” →Ion “+” : cation Nguyên tử nhận “e” →Ion “-” : anion. - Ion ngược dấu → Hút tĩnh điện → Ion gần nhau Ion gần nhau → Vỏ “e” đẩy nhau Lực đẩy = Lực hút → Phân tử ion Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 14 of 35
  15. 4.2.1.Cơ chê tạo thành liên kết ion • Ví dụ: NaCl : χNa = 0.9 , χCl = 3.0 15
  16. 4.2.2. Điều kiện tạo thành liên kết ion ▪ Điều kiên :  2 Ng/tử có  lớn : nhận “e” → Anion “-” Gắn với Ái lực electron (F) Ng/tử có  nhỏ : nhường “e” → Cation “+” Gắn với Năng lượng ion hoá (I) HUI© 2006 General Chemistry: Slide 17 of 48
  17. 4.2.3.Tính chất đặc trưng của l. kết ion. ▪ Tính không định hướng: hút ion trái dấu theo bất kỳ hướng nào. ▪ Tính không bão hòa: hút các ion trái dấu với lượng không xác định. ▪ Lực liên kết : E = 35 -85 kj/mol→ Liên kết bền vững HUI© 2006 General Chemistry: Slide 18 of 48
  18. 4.2.3.Tính chất đặc trưng của l. kết ion. ▪ Sự phân cực • Cation “+” : hút đám mây “e” của anion → Che phủ → Xuất hiện liên kết cộng hoá trị→ • Anion “-” : đẩy đám mây “e” Biến dạng ion + - Vùng che phủ HUI© 2006 General Chemistry: Slide 19 of 48
  19. 4.3 Liên kết cộng hoá trị 4.3.1.Thuyết điện tử (Thuyết Lewis) 3.3.1.1.Cơ chế 3.3.1.2Điều kiện 3.2.1.3.Tính chất đặc trưng 2. Thuyết cơ học lượng tử 1. Thuyết liên kết hoá trị (VB-valence bond) Thuyết hoá trị spin (Thuyết Pauling) Thuyết lai hoá (Thuyết Pauling-Slater) 2. Thuyết orbital phân tử HUI© 2006 (MO-moleGceunerlael Crheomirstrby: ital) Slide 20 of 48
  20. 3.3.1.1. Cơ chế (Thuyết Lewis) •Ví dụ 1: H-H => H2 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 21
  21. 4.3.1.1.Cơ chế (Thuyết Lewis) • Ví dụ 2 : H2O H. + : O : + .H H :O:H H –O – H 22 TS. Hà Văn Hồng Tháng 02.2006
  22. 4.2.1. Liên kết cộng hoá trị (Lewis) ( ▪Nội dung cơ bản: • Sự hình thành liên kết Nguyên tử tương tác góp chung một số “e” → Cặp “e” chung cho 2 nguyên tử • Cấu hình : Cấu hình “e” vững bền của các khí trơ - Vỏ điện tử : 2enhư H2 → Khí Heli (He) - Vỏ điện tử : 8enhư H2O→ Khí Neon (Ne) HUI© 2006 General Chemistry: Slide 23 of 48
  23. ▪Công thức cấu tạo • 2 nguyên tử cùng loại  +      F F F F F + F HUI© 2006 General Chemistry: Slide 24 of 48
  24. •Qui tắc bát tử F +  F  F H   O +   O    HUI© 2006 General Chemistry: Slide 25 of 48
  25. ▪Các loại liên kết •Liên kết đơn   O +   O    •Liên kết đôi CO2 O = C =O •Liên kết ba N  N N2 HUI© 2006 General Chemistry: Slide 26 of 48
  26. •Liên kết cho-nhận  +  A+-B- Ví dụ : NH 4+ H + + + H : N : H   [HNH3] H HUI© 2006 General Chemistry: Slide 27 of 48
  27. 4.3.1.2.Điều kiện liên kết cộng hoá trị ▪ Điều kiện: Độ âm điện ∆ χ 2 ∆ χ 2 → Cộng hoá trị phân cực ∆ χ = 0 → Cộng hoá trị thuần tu 28
  28. 4.3.1.3.Tính chất đặc trưng liên kết cộng hoá trị ▪ Tính có hướng ▪ Tính bão hoà : không rõ ▪ Năng lượng liên kết E = 20 – 72 kj/mol :=> Liên kết khá bền vững 29
  29. 4.3.1.3.Tính chất đặc trưng liên kết cộng hoá trị ▪ Sự phân cực ∆ χ = 0 (ng.tử cùng loại) → không phân cực ∆ χ < 2 (ng.tử khác loại) → Phân cực 30
  30. Thuyết CHLT : Sự hình thành H2 H-H => H2 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 31
  31. Thuyết CHLT : Sự hình thành H2 ▪ Lực tương tác giữa 2 ng.tử hydro • Lực hút • Lực đẩy HUI© 2006 General Chemistry: Slide 32 of 48
  32. Thuyết CHLT : Sự hình thành H2 • Trường hợp 2 ng.tử có spin ngược chiếu -Khi tiến gần : Lực hút > Lực đẩy→Năng lượng -Khi cách nhau ro : mây “e” che phủ lên nhau→ Liên kết cộng hoá trị→Lực hút hạt nhân → Năng lượng=min → H2 hình thành -Tiếp tục tiến gần : Lực đẩy >Lực hút →Năng lượng • Trường hợp 2 ng.tử có spin cùng chiếu -Khi tiến gần : Lực đẩy >Lực hút →Năng lượng → H2 không hình thành • Kết luật :LKCHT hình thành do cặp “e” có spin HnUgI©ư20ợ06c General Chemistry: Slide 33 of 48
  33. Năng lượng theo VB của phân tử H2 HUI© 2006 General Chemistry: Slide 34 of 48
  34. 4.3.2.1.Thuyết hoá trị spin-Pauling 1 Liên kết hình thành do sự ghép đôi của 2e độc thân có spin trái dấu 2 Sự xen phủ Khi tạo liên kết xảy ra sự xen phủ các orbitan hoá trị của 2 ng.tử tham gia liên kết. Sự xen phủ càng lớn thì liên kết càng bền 3 Liên kết có hướng Hướng của liên kết là hướng có độ xen phủ lớn nhất của các orbitan hóa trị. HUI© 2006 General Chemistry: Slide 35 of 48
  35. Tính bão hoà của liên kết cộng hoá trị ▪ Chu kỳ 2 :chuyển “e” thực hiện được trong cùng lớp • Beri (Be) : 4e Be: 1S22S2 Hoá trị 2 Be*: Hoá trị 2 • Bo (B) : 5e B: 1S22S22P1 Hoá trị 1 B*: Hoá trị 3 • Cacbon (C) : 6 e C: 1S22S22P2 Hoá trị 2 CH*UI©: 2006 General Chemistry: HoáSlitdre ị36 4of 48
  36. Tính bão hoà của liên kết cộng hoá •Photpho (P) : 15e trị P: 3S23P3 Hoá trị 3 P*: Hoá trị 5 •Lưu huỳnh (S) : 16e S: 3S23P4 Hoá trị 2 S*: Hoá trị 4 S*: Hoá trị 6 HUI© 2006 General Chemistry: Slide 37 of 48
  37. Tính bão hoà của liên kết cộng hoá trị • Clo (Cl) : 17e 1S22S22P6 3S23P5 Cl: H.trị 1 3S 3P 3d Cl*: H.trị 3 Cl*: H.trị 5 Cl*: H.trị 7 HUI© 2006 General Chemistry: Slide 38 of 48
  38. Tính có hướng của liên kết cộng hoá trị ▪ Sự che phủ max theo những hướng nhất định → Liên kết tạo thành theo những hướng nhất định ▪ Ví dụ : H2 + S = H2S → H nằm trên trục orbital P HUI© 2006 General Chemistry: Slide 39 of 48
  39. Tính có hướng của liên kết cộng hoá trị ▪ Sự che phủ max theo những hướng nhất định → Liên kết tạo thành theo những hướng nhất định • Ví dụ : Liên kết HCl Tâm ng.tử H phải nằm trên trục của orbital P HUI© 2006 General Chemistry: Slide 40 of 48
  40. • Ví dụ : Liên kết Cl2 Trục của 2 orbital Pz phải trùng nhau HUI© 2006 General Chemistry: Slide 41 of 48
  41. • Ví dụ : Liên kết H2S 2 hạt nhân ng.tử Hydro (H) phải nằm trên trục của orbital P của ng.tử lưu huỳnh (S) HUI© 2006 General Chemistry: Slide 42 of 48
  42. Tính phân cực của liên kết cộng hoá trị • Liên kết cộng hoá trị có cực  < 2→ Mây che phủ phân bố không đều Ng.tử có  nhỏ → Phân cực dương Ng.tử có  lớn → Phân cực âm • Liên kết cộng hoá trị không có cực  = 0 → Mây che phủ phân bố đều HUI© 2006 General Chemistry: Slide 43 of 48
  43. 4.3.2.1 .Thuyết lai hoá ( Pauling +Slater) ▪ Nội dung : trộn 2 hay nhiều Orbttan ng.tử (AO) để tạo thành các orbital mới ( Orbital lai hóa) • Trộn ít nhất 2 AO có mức năng lượng khác nhau ( ví dụ S & P)→ Các orbital lai hoá: có hình dạng, kích thước, năng lượng giống nhau • Liên kết hoá học được hình thành nhờ : - Sự che phủ đám mây điện tử của orbital lai hoá & các AO -Sự che phủ đám mây điện tử của orbital lai hoá & các orbital lai hóa khác • Số orbital lai hoá = Số orbital tham gia lai hoá HUI© 2006 General Chemistry: Slide 44 of 48
  44. 4.3.2.1 .Thuyết lai hoá ( Pauling +Slater) Orbital nguyên tử the three p orbitals an s-orbital px py pz z y x Lai hóa 2 3 1 x s + 1 x p = sp-orbitals 1 x s + 2 x p = sp -orbitals 1 x s + 3 x p = sp -orbitals z z z 60° y y y x x 60° x
  45. 1xS +1x P  SP- o r b i t a l s Kiểu lai hóa Số lai hóa Cấu hình SP 2 Đường thẳng Góc liên kết : 180o
  46. 1xS +2xP  SP2 - o r b i t a l s Kiểu lai hóa Số lai hóa Cấu hình SP2 3 Tam giác đều Góc liên kết :120o
  47. 1xS +3xP  SP3 - o r b i t a l s Kiểu lai hóa Số lai hóa Cấu hình SP3 4 Tứ diện tam giác đều Góc liên kết : 109o5
  48. Liên kết sigma ()
  49. Liên kết pi ( )
  50. Dự đoán kiểu lai hoá X − Y T =  + ▪T ổng số 2 T-Tổng số orbital lại hóa  -Số liên kết  X-Tổng số “e” hoá trị của các ng.tử trong phân tử Y-Tổng số “e” hoá trị đã liện kết (X-Y)/2 - số cặp e hoá trị tự do T = 2 : Ng.tử trung tâm có lai hoá SP T = 3 : Ng.tử trung tâm có lai hoá SP2 T = 4 : Ng.tử trung tâm có lai hoá SP3 Slide 51 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  51. ▪Dự đoán kiểu lai hoá ▪Cách tính  : theo công thức Lewis của phân tử Tính số cặp e tự do : 1. Tính X ❑ Nếu có a điện tích +; tổng e hóa trị X-a ❑ Nếu có b điện tích -; tổng e hóa trị X+b 2.Tính Y 8e cho mỗi nguyên tử biên nói chung 2e cho mỗi ng.tử biên là hydro) X−Y 3.Số cặp e hóa trị : 2 Slide 52 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  52. ▪Dự đoán kiểu lai hoá Phân Ng.tử X Y X − Y T Lai tử Tr. 2 hoá tâm CO2 C 4 + (6x2) 8 x 2 0 2 + 0 = 2 SP NO 2+ N 5 + (6 x 2) -1 8 x 2 0 2 + 0 = 2 SP NH 4+ N 5 + (1 x 4) -1 2 x 4 0 4 + 0 = 4 SP3 2- 2 CO3 C 4 + (6 x 3) + 2 8 x 3 0 3 + 0 = 3 SP 2 SO2 S 6 + (6x2) 8 x 2 1 2 + 1 = 3 SP 3 H2O O 6 + (1x2) 2 x 2 2 2 + 2 = 4 SP Slide 53 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  53. Dự đoán kiểu lai hóa & Cấu hình Lai hoùa sp Ví duï 1: phaân töû BeCl2 Tạo orbital lai hóa Be (Z = 4) 1s2 2s2 Liên kết với 2Cl : Cl (Z = 17): 3s2 3p5
  54. Lai hoùa sp2 Ví duï 2: Phaân töû BF3. Tạo orbital lai hóa B (Z = 5): 2s2 2p1 Liên kết với 3 F F (9 = 1) : 2s2 2p5
  55. Lai hóa sp3 Ví dụï 3: Phaân töû CH4 Tạo orbital lai hóa C (Z = 6): 2s1 2p3 Liên kết với 4 H : 1s1
  56. Lai hóa sp3 Ví dụï 4: Phaân töû NH3 Tạo orbital lai hóa N (Z = 7): 2s2 2p3 Liên kết với 3 H : 1s1
  57. Lai hóa sp3 Ví dụï 5: Phaân töû H2O Tạo orbital lai hóa O (Z = 8): 2s2 2p4 Liên kết với 2H : 1s1
  58. Hạn chế :Thuyết hoá trị spin + + ▪ H2 : liên kết H-H bằng 1e ? Thuyết hoá trị spin : liên kết bằng cặp e ▪ Oxy : O (8) : 1S22S22P4 Thực tế : chất thuận từ Chất nghịch từ HUI© 2006 General Chemistry: Slide 59 of 48
  59. 4.3.2.2.Thuyết orbital phân tử (MO ▪Phân tử là nguyên tử đa nhân: Các hạt nhân & Các electron ▪Phương pháp gần đúng : MO-LCAO (PP orbital phân tử-Tổ hợp tuyến tính các orbital ng.tử ) (Moleculer Orbitals-Linear Combination of Atomic Orbitals) Hạt nhân : đứng yên Điện tử : xoay quanh hạt nhân Điện tử hóa trị liên kết → Phân tử Hàm sóng  Ng.tử 1 : hàm sóng 1  MO = C1 1 + C2  2 Ng.tử 2 : hàm sóng 2 P.trình Schrodinger H = E →  & E Tổ hợp nAO → nMO HUI© 2006 General Chemistry: Slide 60 of 48
  60. 4.3.2.2.Thuyết orbital phân tử (MO ▪Điều kiện tổ hợp các orbital nguyên tử Các AO phải có cùng tính chất đối xứng Năng lượng các AO phải xấp xỉ nhau Các AO phải xen phủ r  rệt ▪Cấu trúc “e” của phân tử Tuân theo N.lý bền vững + N.lý Pauly+Q.tắc Hund HUI© 2006 General Chemistry: Slide 61 of 48
  61. 4.3.2.2.Thuyết orbital phân tử (MO ▪Đại lượng đặc trưng n − n * Bậc liện kết N = 2 n-số “e” liên kết n* -số “e” phản liên kết Năng lượng liên kết (E) Độ dài liên kết (d) HUI© 2006 General Chemistry: Slide 62 of 48
  62. Hình dạng MO liên kết & MO phản liên kết Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 12 Slide 63 of 47
  63. Hình dạng MO liên kết & MO phản liên kết Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 12 Slide 64 of 47
  64. Combining p orbitals Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 12 Slide 65 of 47
  65. Sự hình thành MO từ 2 ng.tử cùng loại (A2) + + (Chu kỳ 1 : H2 , H 2, He 2 , He 2) H + H+ → H Ví dụ 1: 2+ ▪Lập các MO Mỗi ng.tử có 1 orbital hóa trị : 1S  = C + C   1S 1 S1 2 S2 1S  + = 0.5( S + S ) 1 2 *   − = 0.5( S − ) 1S 1 S2 ▪ Giản đồ năng lượng ▪ Cấu hình “e” : 1 1S 1− 0 ▪ Bậc liện kết : N = = 0.5 2 HUI© 2006 General Chemistry: Slide 66 of 48
  66. Sự hình thành MO từ 2 ng.tử cùng loại (A2) + + (Chu kỳ 1 : H2 , H 2, He 2 , He 2) Ví dụ 2: H2 (2e) ▪AO : 1S MO : 1s 2 ▪ Cấu hình: (1s) 2 − 0 N = = 1 ▪ Bậc liên kết 2 HUI© 2006 General Chemistry: Slide 67 of 48
  67. Sự hình thành MO từ 2 ng.tử cùng loại (A2) + + (Chu kỳ 1 : H2 , H 2, He 2 , He 2) + Ví dụ 3: He2 (3e) ▪AO : 1S MO : 1s ▪Cấu hình “e” 2 * 1 (1s) (1s ) 2 −1 ▪ Bậc liên kết N = = 0.5 2 HUI© 2006 General Chemistry: Slide 68 of 48
  68. Sự hình thành MO từ 2 ng.tử cùng loại (A2) (Chu kỳ 1 : H +, H , He +, He ) 2 2 2 2 Ví dụ 4: He2 (4e) ▪AO : 1S MO : 1s ▪ Cấu hình : 2 * 2 (1s) (1s ) 2 − 2 ▪Bậc liên kết N = = 0 2 He2 không tồn tại
  69. Sự hình thành MO từ 2 ng.tử cùng loại (A2) + + (Chu kỳ 1 : H2 , H 2, He 2 , He 2) He + 2+ MO H2 H2 He2 * 1s   lk 1s     Bậc liên kết 0,5 1 0,5 0 dlk nm 0.106 0.074 0.108 - Elk (kJ/mol) 256 432 251 0 HUI© 2006 General Chemistry: Slide 70 of 48
  70. Sự hình thành MO từ 2 ng.tử cùng loại (A2) (Chu kỳ 2 : Li , Be , B , C , N , O , F, Ne) ▪ Lập các MO • Mỗi ng.tử có 4 orbital hóa trị : 1 orbital 2s + 3 orbital 2p. -Tổ hợp thứ 1: 2 AO 2S của 2 ng.tử 1 *  = ( − )   = C + C  − 2 S1 S2 S S 1 S1 2 S2 1  = ( + )  + 2 S1 S2 S -Tổ hợp thứ 2: 2 AO 2PZ của 2 ng.tử 1  = ( − )  *  = C  + C  − 2 Z1 Z 2 Z Z 3 Z1 4 Z 2 1  = ( + )  + 2 Z1 Z 2 Z HUI© 2006 General Chemistry: Slide 71 of 48
  71. ▪ Lập các MO -Tổ hợp thứ 3: 2 AO 2PX của 2 ng.tử 1  = ( −  ) *  = C  + C  − 2 X 1 X 2 X X 5 X 1 6 X 2 1  = ( +  ) + 2 X 1 X 2 X -Tổ hợp thứ 4: 2 AO 2PY của 2 ng.tử 1 *  = ( −  )  = C  + C  − 2 Y1 Y2 Y Y 7 P1 8 P2 1  = ( +  ) + 2 Y1 Y2 Y HUI© 2006 General Chemistry: Slide 72 of 48
  72. ▪Giản đồ năng lượng * * * 1s < 1s < 2s <2s < 2px = 2py <  2pz < 2px = 2py <  2pz E2S E2p :Ng.tử đầu chu kỳ (Li, Be, B, C, N)
  73. ▪Giản đồ năng lượng * * * 1s < 1s < 2s <2s < 2pz < 2px= 2py < px = py <  2pz 2 2 E2S < E2p : Ng.tử cuối chu kỳ (O, F, Ne)
  74. ▪Ghi chú Đầu chu kỳ : Li2 , B2 , B2 , C2 , N2 ư đ E = E2 P − E2 S = min T ơng tác ẩy s & z : lớn Cuối chu kỳ : O2 , F2 , Ne2 ư đ E = E 2 P − E 2 S = max T ơ ng t á c ẩ y  s &  z : không
  75. Sự hình thành MO từ 2 ng.tử cùng loại (A2) (Chu kỳ 2 : Li , Be , B , C , N , O , F, Ne) Ví dụ 1: Li2 (3e) Li Li2 Li ▪AO : 1S 2 2S1 MO : 2s 2 s* 2s 2s ▪Cấu hình : 2  S gy 2s r e n ▪ Bậc liên kết E 2 − 0 N = = 1 1 s* 2 1s 1s 1s
  76. Sự hình thành MO từ 2 ng.tử cùng loại (A2) (Chu kỳ 2 : Li , Be , B , C , N , O , F, Ne) Ví dụ 2: Be2 (4e) Be Be2 Be ▪AO : 1S 2 2S 2 2s* MO : 2s ▪ Cấu hình : 2s 2s 2 2 *2 s  S  S Energy ▪ Bậc liên kết 1s* 2 − 2 N = = 0 1s 1s 2 → Khôn g tồn tại 1s
  77. Sự hình thành MO từ 2 ng.tử cùng loại (A2) (Chu kỳ 2 : Li , Be , B , C , N , O , F, Ne) B B2 B Ví dụ 3: B2 (5e) 2z* ▪AO : 1S 2 2S 2 2P1 2 x,y* ▪ Cấu hình : 2p (px,py) pz y 2p g 2 *2 1 1 r 2z e   = n S S X Y E 2 x,y 2s* ▪ Bậc liên kết 2s 2s 4 − 2 N = = 1 2g 2
  78. Sự hình thành MO từ 2 ng.tử cùng loại (A2) (Chu kỳ 2 : Li , Be , B , C , N , O , F, Ne) C C2 C Ví dụ 4: C2 (6e) 2z* 1S 2 2S 2 2P2 ▪AO : 2 x,y* ▪ Cấu hình : 2p (px,py) pz y 2p g 2 *2 2 2 r 2z e   = n S S X Y E 2 x,y ▪ Bậc liên kết 2s* 6 − 2 2s 2s N = = 2 2g 2
  79. Sự hình thành MO từ 2 ng.tử cùng loại (A2) (Chu kỳ 2 : Li , Be , B , C , N , O , F, Ne) N N N Ví dụ 5: N2 (7e) 2 2z* ▪AO : 1S 2 2S 2 2P3 2 x,y* ▪ Cấu hình : 2p (px,py) pz y 2p g 2 *2 2 2 2 r 2z e   =  n S S X Y Z E 2 x,y ▪ Bậc liên kết 2s* 8 − 2 2s 2s N = = 3 2g 2
  80. Sự hình thành MO từ 2 ng.tử cùng loại (A2) (Chu kỳ 2 : Li , Be , B , C , N , O , F, Ne) O O2 O Ví dụ 6: O2 (8e) 2z* 2 x,y* ▪AO : 1S 2 2S 2 2P5 2p (px,py) pz 2 x,y 2p gy r ▪ Cấu hình : e n E 2 *2 2 2 2 *1 *1  S  S  Z X = Y X = Y 2z Thuận từ ▪ Bậc liên kết 2u* 8 − 4 N = = 2 2 2s 2s 2g
  81. Sự hình thành MO từ 2 ng.tử cùng loại (A2) (Chu kỳ 2 : Li , Be , B , C , N , O , F, Ne) F F2 F Ví dụ 7 : F2 (9e) 2z* ▪AO : 1S 2 2S 2 2P5 2 x,y* 2p (px,py) pz 2p gy r 2 x,y ▪ Cấu hình : e n E 2 *2 2 2 2 *2 *2  S  S  Z X = Y X = Y 2z ▪ Bậc liên kết 8 − 6 2u* N = = 1 2 2s 2s 2g
  82. Sự hình thành MO từ 2 ng.tử cùng loại (A2) (Chu kỳ 2 : Li , Be , B , C , N , O , F, Ne) Ne Ne2 Ne Ví dụ 8 : Ne (10e) 2 2z* 2 x,y* ▪AO : 1S 2 2S 2 2P6 2p (px,py) 2 pz x,y 2p rgy ▪ Cấu hình : e n E 2 *2 2 2 2 *2 *2 *2  S  S  Z X = Y X = Y  Z 2z ▪ Bậc liên kết 8 − 8 2u* N = = 0 2 2s 2s → Không tồn tại 2g
  83. Sự hình thành MO từ 2 ng.tử cùng loại (A2) (Chu kỳ 2 : Li , Be , B , C , N , O , F, Ne) N N 2+ 2 MO Li2 B2 C2 *  2pz * * 2px = 2py 2pz   2px = 2py         2s     2s      Blk 1 1 2 2,5 3 0 dlk (A ) 2,67 1,59 1,24 1,12 1,1 Elk (kJ/mol) 105 289 599 828 940 HUI© 2006 General Chemistry: Slide 84 of 48
  84. Sự hình thành MO từ 2 ng.tử cùng loại (A2) (Chu kỳ 2 : Li , Be , B , C , N , O , F, Ne) + - MO O2 O2 O2 F2 Ne2 *  2pz  * * 2px = 2py          2px = 2py           2pz      2s      2s      Blk 2,5 2 1,5 1 0 0 dlk (A ) 1,12 1,21 1,26 1,41 - Elk (kJ/mol) 629 494 328 154 - HUI© 2006 General Chemistry: Slide 85 of 48
  85. Sự hình thành MO (AB) từ 2 ng.tử khác loại (A &B) A + B = AB   A B EA EB
  86. Sự hình thành MO (AB) từ 2 ng.tử khác loại thuộc chu kỳ 2 Ví dụ 1: BN ▪AO •B : 1S22S22P1 •N : 1S22S22P3 ▪Cấu hình ( )2 ( ) ( ) ( ) 2s 2s * 2 2px 2 2Py 2 ▪Bậc liên kết 6 − 2 N = = 2 2 HUI© 2006 General Chemistry: Slide 87 of 48
  87. Sự hình thành MO (AB) từ 2 ng.tử khác loại thuộc chu kỳ 2 Ví dụ 2: CN ▪AO •C : 1S22S22P2 •N : 1S22S22P3 ▪Cấu hình 2 *2 2 = 2 1  s  s Px Py pz ▪Bậc liên kết 7 − 2 N = = 2.5 2
  88. Sự hình thành MO (AB) từ 2 ng.tử khác loại thuộc chu kỳ 2 Ví dụ 3: CO ▪AO •C : 1S22S22P2 •O : 1S22S22P4 ▪Cấu hình 2 *2 2 = 2 2  s  s Px Py  pz ▪Bậc liên kết 8 − 2 N = = 3 2
  89. Sự hình thành MO (AB) từ 2 ng.tử khác loại thuộc chu kỳ 2 Ví dụ 4: NO ▪AO •N : 1S22S22P3 •O : 1S22S22P4 ▪Cấu hình 2 *2 2 = 2  2 *1  s  s Px Py pz Px ▪Bậc liên kết 8 − 3 N = = 2.5 2
  90. Sự hình thành MO (AB) từ 2 ng.tử khác loại thuộc chu kỳ 2 MO BN BO CO+ CO NO+ NO * 2pz * * 2px = 2py  2pz      2px = 2py             2s       2s       Blk 2 2,5 2,5 3 3 2,5 HUI© 2006 General Chemistry: Slide 91 of 48
  91. 4.4.Phân tử phân cực & Phân tử không phân cực ▪ Phân cực liên kết & Độ âm điện Độ ion,  4% 51% “100%” 0 0.4 2.0 4.0 Chêch lệch độ âm điện,    = 0 – 0.4 : l.kết cộng hóa trị không cực   = 0.4 – 1.9 : l.kết cộng hóa trị cócực    = 2 - 4 : l.kết ion Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 92
  92. 4.3.Phân tử phân cực & Phân tử không phân cực Cl = 3.0 Cl = 3.0 Cl = 3.0 Cl = 3.0 - 3.0 = 0 H = 2.1 Na = 1.0 Pure Covalent  = 3.0 – 2.1 = 0.9  = 3.0 – 0.9 = 2.1 Polar Covalent Ionic Tro, Chemistry: A 93 Molecular Approach
  93. 4.3.Phân tử phân cực & Phân tử không phân cực ▪ Moment lưỡng cực Công thức →  = qd q-giá trị tuyệt đối của điện tích, C d-độ dài liên kết, m Đơn vị đo electron poor electron rich Cuulomb x mét (C.m) region region F Debye (D) H 1 − 1D = 10− 29 C.m = 3.33 10−30 C.m + 3 Hướng vectơ : từ cực dương đến cực âm 94
  94. 4.3.Phân tử phân cực & Phân tử không phân cực ▪ Phân tử phân cực (có cực) Trọng tâm điện tích dương của các hạt nhân & trọng tâm điện tích âm của các electron không trùng nhau Cấu trúc phân tử : không đối xứng ▪ Phân tử không phân cực (không cực) Trọng tâm điện tích dương của các hạt nhân & trọng tâm điện tích âm của các electron có trùng nhau Cấu trúc phân tử : đối xứng 95
  95. Tính chất từ ▪Mỗi điện tử “e” chuyển động => dòng điện nhỏ => Từ trường yếu => Momen từ  = o + s o 0 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 96
  96. Tính chất từ ▪Chất nghịch từ • Lớp ngòai : “e” : s = 0 =>  = 0 • Đặt trong từ trường H H Vât liệu bị từ hóa : “e” thay đổi tốc độ góc =>  0 =>  định hướng H => Làm yếu từ trường ngoài => TS. Hà Văn Hồng 97 Tháng 02.2006
  97. Tính chất từ ▪Chất thuận từ • Lớp ngòai: “e” : ms ≠ 0 => M ≠ 0 • Đặt trong từ trường H Vât liệu bị từ hóa : “e”quay theo từ trường ngoài => M định hướng H => Làm tăng từ trường ngoài = Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 98
  98. 4.4.Liên kết kim lọai ▪ Mô hình “khí electron” • Cơ chế ➢ Các đ.tử hóa trị liên kết yếu với hạt nhân Bứt khỏi lớp ngoài cùng => Hạt nhân: thừa điện tích dương Ion (+) (e) mang điện (-) ch.động tự do “Mây e” ➢ Lực hút tĩnh điện: Ion (+) hút  điện tử( -) ➢ L=>ự cL đựẩcy: hút Ion = (+)Lự đcẩ đyẩ y => IonLiên (+) kết kim Tlhoángạ02i.2006 TS. Hà Văn Hồng 99
  99. 4.4.Liên kết kim lọai •Liên kết kim loại : Liên kết nhiều tâm vì các khí “e” đồng thời thuộc về toàn bộ các nguyên tử Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 100
  100. Nguyên tử tại nút mạng tinh thể Nhân IoIon n ElectronElectron tựtự dodo Electron trong nguyên tử
  101. 4.4.Liên kết kim lọai ▪Đặc điểm: ➢ E =6–50 kj/mol (nhỏ)=> Liên kết bến vững ➢Tính không có hướng: Ion (+) ≈ qủa cầu mang điện → Điện trường như nhau theo mọi phương : -Hút các điện tử (e) tự do -Đẩy các ion (+) xung quanh ➢Tính không bão hoà: không hạn định số lượng => Tập hợp các Ion (+) trong biển (e) tự do => Tinh thể kim loại Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 102
  102. 4.4.Liên kết kim lọai ▪Mô hình dải năng lượng (Thuyết MO) ◆2 Ng.tử cùng loại gần n h a u :  T/tác với n h a u  1 MO liên kết có E(lk) thấp 1 MO phản liên kết có E(plk) cao E = E (plk) - E (lk)  Miền cấm (hố năng lượng) Eplk Elk Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 103
  103. 4.4.Liên kết kim lọai ◆Hệ nhiều ngtử : 3, 4, 5 N ngtử  Tương tác  N/2 MO liên kết N/2 MO phản liên kết E :N mức liên tục  E: min  Dải năng lượng Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 104
  104. 4.4.Liên kết kim lọai ◆Miền cấm E : Kim loại : E rất nhỏ hay E = 0 ev Chất bán dẫn: E = 0.1 – 3 ev Chất cách điện : E > 3 ev Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 106
  105. 4.4.Liên kết kim lọai ▪Tính chất: ➢Lý tính : Dẫn điện Dẫn nhiệt ➢Cơ tính Tính đàn hồi Tính dẻo Tính chất khác : Nhiệt dung ? nh kim ? Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 107
  106. 4.5.Liên kết Hydro  Cơ chế: H = 2.1 Liên kết phụ (Liên kết bậc 2) Liên kết Hydro Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 108
  107. 4.5.Liên kết Hydro  Ví dụ: liên kết hydro trong nước Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 109
  108. 4.5.Liên kết Hydro ▪ Điều kiện • X-H : x lớn ; X : F, O , N • Y-H: Y có cặp “e” chưa sử dụng ; Y : F, O , N “e” của H dịch chuyển về X→ H+ H+ chui vào vỏ Y-(anion) của phân tử Y-H
  109. 4.5.Liên kết Hydro  P h â n loại • Liên kết hydro liên phân tử Tạo thành giữa các phân tử • Liên kết hydro nội phân tử Tạo thành trong 1 phân tử Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 111
  110. 4.5.Liên kết Hydro  Đ ặ c điểm: ➢ E = 8- 40 kj/mol Liên kết yếu ➢ T Liên kết bị phá vỡ Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 112
  111. 4.5.Liên kết Hydro  Ả nh hưởng liên kết hydro đến tính chất của các chất • Biến đổi l  tính : Ts Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 113
  112. 4.5.Liên kết Hydro Thay đổ khối lượng riêng Nước : kết tinh : dR dL → Đá nổi ? Khi đá tan :  V ??? Cấu trúc của H2O : O liên kết 4 H • 2H liên kết O→Liên kết Cộng h.trị • 2H liên kết O→Liên kết hydro Nước đá
  113. 4.5.Liên kết Hydro  Ả nh hưởng liên kết hydro đến tính chất của các chất • Biến đổi hoá tính -Độ phân ly của axit : giảm -Độ tan : tăng Ví dụ : Rượu + Nước : hoà tan vô hạn Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 115
  114. 4.6.Liên kết Vandevan ◼ Khái niệm: lực tương tác giữa các phân tử Lực Vandevan Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 116
  115. 4.6.Liên kết Vandevan ◼ Cơ chế: lực tương tác giữa các phân tử Lực Vandevan Ví dụ : H2O , HCl Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 117
  116. 4.6.Liên kết Vandevan ◼ Các loại lực hút  Lực định hướng Tương tác giữa các phân tử có cực 2  E = 1 2 đh r3 1 – Momen lưỡng cực của phân tử1 2 – Momen lưỡng cực của phân tử 2 r-Khoảng cách giữa 2 phân tử Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 118
  117. 4.6.Liên kết Vandevan  Lực cảm ứng Tương tác giữa phân tử có cực & phân tử không cực 2  2 E = cu r 6 – Độ phân cực của phân tử  – Momen lưỡng cực của phân tử có cực r-Khoảng cách giữa 2 phân tử Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 119
  118. 4.6.Liên kết Vandevan • Lực khuếch tán: Phân tử: không cực  Chuyển động “ e ”  Đ i ệ n tích lệch khỏi vị trí cân b ằ ng Lưỡng cực tạm thời 3hv 2 E = o kt 4r 6 – Độ phân cực của phân tử vo – Tần số dao động của lưỡng cực tạm thời h-Hằng số Plank Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 120
  119. 4.6.Liên kết Vandevan  L ự c đẩy: Phân tử : gần nhau  M â y điện tử : xen phủ n h a u  P h â n tử đẩy nhamu E = đ r12 m-Hằng số đẩy Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 121
  120. 4.6.Liên kết Vandevan  Đ ặ c điểm: ➢Năng lượng liên kết E = Hh + Eđ Liên kết yếu Vì xuất hiện trên những khoảng cách lớn ➢Tính không bão hoà Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 122