Giáo trình Hóa đại cương - Chương IV: Liên kết hóa học và cấu tạo phân tử - Huỳnh Kỳ Phương Hạ

CHÖÔNG 4 LIEÂN KEÁT HOÙA HOÏC VAØ CAÁU TAÏO PHAÂN TÖÛ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Moät soá khaùi nieäm cô baûn  Baûn chaát lieân keát: Löïc huùt giöõa caùc nguyeân töû,coù baûn chaát ñieän giöõa caùc haït nhaân tích ñieän döông vaø electron tích ñieän aâm.  Caùc electron thöïc hieän lieân keát hoùa hoïc chuû yeáu laø caùc electron nhöõng phaân lôùp ngoaøi cuøng: ns, np, (n-1)d, (n-2)f, goïi laø caùc electron hoùa trò.  Ñoä daøi lieân keát: Khoaûng caùch giöõa hai haït nhaân cuûa caùc nguyeân töû töông taùc vôùi nhau. (thöôøng tính baèng A 0 ). CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Goùc hoùa trò laø goùc taïo thaønh bôûi hai ñoaïn thaúng töôûng töôïng noái haït nhaân nguyeân töû trung taâm vôùi haït nhaân hai nguyeân töû lieân keát. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ‟ Linear : Ñöôøng thaúng ‟ Trigonal planar: Tam giaùc phaúng (ñeàu) ‟ Tetrahedral: Töù dieän (ñeàu) ‟ Trigonal pyramicdal: Hai kim töï thaùp tam giaùc (ñeàu) ‟ Octahedral: Baùt dieän (ñeàu)  Naêng löôïng lieân keát: (kcal hay kJ/mol) laø naêng löôïng caàn tieâu toán ñeå phaù huûy leân keát.  Ñoä boäi lieân keát: Laø soá moãi lieân keát ñöôïc hình thaønh giöõa hai nguyeân töû trong lieân keát. ‟ Ví duï: C ‟ C ñoä boäi 1, C C ñoä boäi 3. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Quy tắc Bát bộ (octet - Lewis và Langmuir) – “Để có một trạng thái electron ổn định giống khí trơ, các nguyên tử có khuynh hướng nhận, cho, hay chia sẻ các electron để tầng ngoài cùng có thể có hoặc góp phần vào 4 cặp electron (bát bộ).”  Quy tắc bát bộ có những ngoại lệ. Thí dụ như với hydrogen và helium, số electron tối đa là 2 thay vì 8; với phosphorus (P) số này là 10; với sulfur (S) số này có thể là 12  Coù 3 tröôøng hôïp ngoaïi leä cuûa quy taéc octet: ‟ Phaân töû coù caùc electron ñoäc thaân (ClO 2 , NO, vaø NO 2 ). ‟ Phaân töû coù 1 nguyeân töû coù ít hôn 1 octet (BF 3 ). ‟ Phaân töû coù 1 nguyeân töû coù nhieàu hôn 1 octet (caùc nguyeân toá chu kyø 3). CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Caùc loaïi lieân keát hoùa hoïc: ‟ Lieân keát coäng hoùa trò (Covalent bond) laø keát quaû cuûa vieäc chia, gheùp electron giöõa caùc nguyeân töû, thöôøng gaëp giöõa caùc phi kim. ‟ Lieân keát ion (Ionic bond) laø keát quaû cuûa vieäc chuyeån electron töø kim loaïi sang phi kim. ‟ Lieân keát kim loaïi (Metallic bond) löïc huùt giöõa caùc nguyeân töû kim loaïi tinh khieát vôùi nhau. ‟ Lieân keát hydro (Hydrogen bond) laø löïc töông taùc ñaëc bieät (coù theå giöõa caùc löôõng cöïc-löôõng cöïc) toàn taïi giöõa moät nguyeân toá coù ñoä aâm ñieän lôùn vaø hydro. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt LIEÂN KEÁT COÄNG HOÙA TRÒ  Phöông phaùp Heitler-London (Valence Bond Theory ‟ VB, hay L-H) ‟ Do Walter Heitler vaø Fritz London ñöa ra naêm 1927 phaùt trieån treân lyù thuyeát caáu truùc Lewis. Veà sau Linus Pauling phaùt trieån theâm thuyeát coäng höôûng vaø lai hoùa (1930). CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Coøn goïi laø phöông phaùp caëp electron. ‟ Döïa treân cô sôû nghieân cöùu söï hình thaønh phaân töû H 2 . + e2 Hb Ha + - ra1 rb2 - ra2 rb2 e1 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Khi ôû xa nhau thì = a 1 . b 2 (1) ‟ : Haøm soá soùng phaân töû moâ taû söï chuyeån ñoäng cuûa hai electron. ‟ a 1 , b 2 Haøm soùng nguyeân töû (giöõa a vaø 1, b vaø 2)  Khi Ha, Hb laïi gaàn nhau thì ta coù theâm löïc huùt giöõa a e 2 , b e 1 , do ñoù caàn boå sung: ’ = a 2 . b 1 (2)  Haøm soùng gaàn ñuùng laø toå hôïp cuûa (1) vaø (2), daïng: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ‟ H-H = C 1 a 1 . b 2 + C 2 a 2 . b 1 ‟ Giaûi phöông trình soùng Schrodinger, ta coù: C 1 =C 2 , C 1 = - C 2 Coù hai haøm soùng ñaëc tröng cho chuyeån ñoäng cuûa hai electron: S = C S ( a 1 . b 2 + a 2 . b 1 ), A = C A ( a 1 . b 2 - a 2 . b 1 ) S : Haøm soùng ñoái xöùng, öùng vôùi traïng thaùi hai electron coù spin ngöôïc nhau. A : Haøm soùng baát ñoái xöùng, öùng vôùi traïng thaùi hai electron coù spin cuøng daáu. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Söï keát hôïp 2 nguyeân töû H S A CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt YÙ nghóa cuûa haøm soùng ‟ Haøm S : Töông öùng vôùi tröôøng hôïp hai electron cuûa 2 H coù spin ngöôïc nhau, ñeán gaàn nhau daãn ñeán huùt nhau taïo phaân töû Hydro (coù lieân keát) ‟ Haøm A : Coù hai electron spin gioáng nhau, tieán gaàn nhau daãn ñeán ñaåy nhau, töùc khoâng taïo phaân töû Hydro. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ñöôøng cong theá naêng cuûa nguyeân töû Hydro CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Moät soá ñieåm cô baûn cuûa phöông phaùp VB veà lieân keát coäng hoùa trò: ‟ Lieân keát coäng hoùa trò laø lieân keát hai electron hai taâm. ‟ Lieân keát coäng hoùa trò hình thaønh do söï che phuû laãn nhau giöõa caùc ON hoùa trò cuûa caùc nguyeân töû töông taùc. ‟ Lieân keát coäng hoùa trò caøng beàn khi ñoä che phuû cuûa caùc ON töông taùc caøng lôùn. Ñoä che phuû phuï thuoäc kích thöôùc, hình daïng caùc ON vaø höôùng che phuû cuûa chuùng. Lieân keát coäng hoùa trò coù tính ñònh höôùng, baõo hoøa vaø phaân cöïc. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt „ Lieân keát coäng hoùa trò coù theå bieåu dieãn: „ Trong caáu truùc Lewis moãi caëp electron trong lieân keát ñöôïc bieåu dieãn baèng moät gaïch ñôn: Löu yù: ON s bao giôø cuõng coù daáu + ON p coù moät ñaàu + moät ñaàu -. Cl + Cl Cl Cl Cl Cl H F H O H H N H H CH H H H Bieåu dieãn lieân keát coäng hoùa trò theo caáu truùc Lewis CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Caùc kieåu lieân keát coäng hoùa trò  Lieân keát : Lieân keát coäng hoùa trò taïo thaønh do söï che phuû giöõa caùc ON xaûy ra theo truïc noái hai haït nhaân nguyeân töû. s ‟ s, s ‟ p, p ‟ p, s ‟ d. ‟ Chuù yù: Cuøng daáu thì che phuû, khaùc daáu khoâng che phuû s-s p-p s-p s-sp 3 s-sp 2 s-sp p-sp 3 p-sp 2 p-sp sp 3 - sp 3 sp 2 -sp 2 sp - sp Bao goàm caû söï keát hôïp cuûa s, p, d, vaø caùc orbital lai hoùa. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Lieân keát coäng hoùa trò : Khi caùc ON töông taùc che phuû vôùi nhau veà hai beân cuûa truïc noái hai haït nhaân: p ‟ p, p ‟ d, d ‟ d. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Etylene Acetylene CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Lieân keát coäng hoùa trò xuaát hieän khi 20N d naèm trong hai maët phaúng song song che phuû nhau theo caû 4 “caùnh hoa”. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Xeùt ví duï taïo thaønh phaân töû N 2 . ‟ Caáu truùc electron nguyeân töû 1s22s22p3 ‟ Söû duïng 3 electron ñoäc thaân ôû orbital 2p ñeå taïo lieân keát. ‟ Phaân töû coù moät lieân keát , hai lieân keát . CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ví duï: Phaân töû Acetylene CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Baäc lieân keát: Laø soá chæ ra soá caëp electron chung giöõa 2 nguyeân töû taïo thaønh lieân keát coäng hoaù trò. ‟ Lieân keát ñôn baäc baèng 1, lieân keát ñoâi baäc baèng 2, lieân keát ba baäc baèng 3. Ngoaøi ra lieân keát coøn coù theå coù giaù trò leû. ‟ Ví duï: Baäc lieân keát Cl ‟ Cl laø 1,12, cuûa C ‟ O trong laø 1,33 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ví duï:  Lieân keát F ‟ F , O = O , N N  Baäc lieân keát 1 2 3  Ñoä daøi lieân keát (A0) 1.42 1.207 1.095  Naêng löôïng lieân keát E 151 493 940 (KJ/Kmol)  Baäc lieân keát caøng lôùn thì ñoä daøi lieân keát caøng giaûm, E caøng lôùn.  Baäc lieân keát leû do coù moät lieân keát vaø moät lieân keát di ñoäng. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Lieân keát di ñoäng (khoâng ñònh choã) hai electron, ña taâm  Ví duï: Benzene C 6 H 6 ‟ C : 1s22s22p2, söû duïng 4 electron beân ngoaøi ñeå lieân keát (lai hoùa sp 2 vaø 1 ON p) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CAÙC TÍNH CHAÁT LIEÂN KEÁT COÄNG HOÙA TRÒ 1. Tính baõo hoøa cuûa lieân keát coäng hoùa trò  Lieân keát coäng hoùa trò ñöôïc hình thaønh theo hai cô cheá: ‟ Cô cheá gheùp ñoâi: Lieân keát coäng hoùa trò ñöôïc hình thaønh do söï goùp chung hai electron hoùa trò ñoäc thaân coù spin ngöôïc nhau cuûa hai nguyeân töû töông taùc, trong ñoù moãi nguyeân töû ñöa ra moät cho neân soá lieân keát coäng hoùa trò baèng soá electron gheùp ñoâi. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ví duï söï taïo thaønh caùc phaân töû H 2 , HF hay F 2 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Cô cheá cho – nhaän (lieân keát coäng hoùa trò phoái hôïp): ‟ Söï hình thaønh caëp electron gheùp ñoâi cuûa lieân keát coäng hoùa trò chæ do moät trong hai nguyeân töû töông taùc ñöa ra, coøn nguyeân töû kia nhaän laáy. ‟ Caëp electron coù saün cuûa nguyeân toá cho ñöôïc goïi laø caëp electron hoùa trò töï do. ‟ Khi lieân keát ñöôïc taïo thaønh, ñoä beàn cuûa noù khoâng khaùc gì so vôùi lieân keát coäng hoùa trò gheùp ñoâi. ‟ Thöôøng ñöôïc taïo thaønh trong caëp base Lewis (cho caëp e) ‟ acid Lewis (nhaän caëp e). ‟ Trong phaân töû ‟ ion, ví duï NH 4 + , lieân keát ñöôïc taïo thaønh töø proton (H + ) coù orbital troáng, vaø moät caëp e töø NH 3 (töø N) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2. Tính ñònh höôùng cuûa lieân keát coäng hoùa trò  Theo lyù thuyeát thì lieân keát neáu taïo thaønh töø caùc ON s, p, d ñôn thuaàn thì goùc lieân keát seõ laø 90 0 hay 180 0 .  Ví duï xeùt phaân töû H 2 O. ‟ O : 1s22s22p4, neáu O duøng 2 ON p chöùa 1 e ñoäc thaân (giaû söû p x vaø p z ) ñeå che phuû taïo lieân keát vôùi 2 ON 1s 1 cuûa H thì goc lieân keát seõ laø 90 0 . Keát quaû nhö hình sau: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Nhöng thöïc nghieäm thì cho thaáy goùc lieân keát cuûa H 2 O laø 104.5 0 .  Coù raát nhieàu phaân töû coäng hoùa trò coù goùc khaùc vôùi caùc giaù trò neáu nhö duøng caùc ON ñôn thuaàn ñeå taïo lieân keát, do ñoù chæ ñôn thuaàn xeùt söï che phuû cuûa caùc ON töông taùc maø keát luaän caáu hình khoâng gian laø khoâng chính xaùc.  Töø ñoù Linus Pauling ñaõ ñöa ra thuyeát lai hoùa. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt THUYEÁT LAI HOÙA  Caùc nguyeân töû töông taùc vôùi nhau coù theå khoâng duøng nhöõng ON s, p, d, thuaàn tuùy maø duøng nhöõng ON “troän laãn” môùi ñöôïc taïo thaønh trong noäi boä nguyeân töû ñeå che phuû vôùi nhöõng ON khaùc. Hieän töôïng naøy goïi laø söï lai hoùa caùc ON. ‟ Ví duï: Lai hoùa sp, sp2, sp3, sp3d, sp3d2  Caùc ON lai hoùa coù hình daïng vaø naêng löôïng hoaøn toaøn gioáng nhau, trong ñoù coù bao nhieâu ON tham gia lai hoùa seõ coù baáy nhieâu ON lai hoùa ñöôïc taïo thaønh vaø phaân boá ñoái xöùng trong khoâng gian. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ñieàu kieän coù lai hoùa beàn vöõng  Caùc ON tham gia lai hoùa phaûi coù naêng löôïng gaàn nhau.  Maät ñoä electron cuûa caùc ON phaûi ñuû lôùn.  Maät ñoä che phuû cuûa caùc ON caøng taêng thì lai hoùa caøng beàn. Döôùi ñaây seõ xeùt moät soá daïng lai hoùa. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Lai hoùa sp Do söï toå hôïp moät ON s vôùi moät ON p (cuûa cuøng moät nguyeân töû). Keát quaû taïo ra hai ON lai hoùa sp phaân boá ñoái xöùng goùc 180 0 . CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Ví duï: Xeùt söï taïo thaønh phaân töû BeCl 2 . ‟ Be: 1s22s22p0. ÔÛ traïng thaùi bình thöôøng Be seõ khoâng taïo lieân keát Be chuyeån leân traïng thaùi kích thích 1s 2 2s 2 2p 1 , vaø Be suû duïng 1ON s, 1ON (chöùa e) ñeå lai hoaù taïo 2 ON lai hoùa sp. ‟ Cl: 1s22s22p7, coù 1 ON p chöùa e ñoäc thaân, neân Cl söû duïng ON naøy ñeå che phuû taïo lieân keát . ‟ Be söû duïng 2 ON lai hoùa naøy ñeå che phuû vôùi 2 ON 2p (chöùa electron ñoäc thaân) cuûa Cl taïo phaân töû BeCl 2 . CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Lai hoùa sp 2 Xaûy ra giöõa moät ON s vaø hai ON p (cuøng moät nguyeân töû) taïo ba ON lai hoùa vaø goùc laø 120 0 . Ví duï: Xeùt phaân töû BF 3 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Lai hoùa sp 3 Xaûy ra giöõa moät ON s vaø ba ON p taïo ra boán ON lai hoùa phaân phoái ñoái xöùng nhau trong khoâng gian theo höôùng ñeán boán ñænh moät töù dieän ñeàu vôùi goùc laø 109 0 28’. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tham khaûo theâm: Lai hoùa sp 3 d CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tham khaûo theâm: Lai hoùa sp 3 d 2 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ñaëc bieät Xuaát hieän caùc giaù trò goùc 104.5 0 (H 2 O), 107 0 (NH 3 ) (gaàn vôùi109 0 28’) laø do coù maët caëp electron hoùa trò töï do trong nguyeân töû trung taâm taïo neân hieäu öùng ñaåy. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Quay trôû laïi vaán ñeà phaân töû H 2 O O lai hoaù sp 3 , trong ñoù coù 2 ON lai hoaù chöùa 1 e ñoäc thaân che phuû taïo lieân keát vôùi H, 2 ON lai hoùa coøn laïi chöùa 1 caëp e khoâng taïo lieân keát vaø gaây hieäu öùng ñaåy vôùi 2 caëp e lieân keát neân goùc lieân keát baây giôø chæ coøn 104.5 0 thay vì 109 0 28’. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt SÖÏ PHAÂN CÖÏC CUÛA LIEÂN KEÁT COÄNG HOÙA TRÒ  Trong lieân keát coäng hoùa trò, caëp electron laø duøng chung.  Vieäc söû duïng chung caëp electron naøy khoâng hoaøn toaøn ñoàng ñeàu cho caû 2 nguyeân töû taïp lieân keát. Trong nhieàu phaân töû, caëp electron seõ phaân boá gaàn moät nguyeân töû hôn laø nguyeân töû kia.  Hieän töôïng naøy daãn ñeán söï phaân cöïc lieân keát. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Vaäy: ‟ Söï phaân cöïc cuûa lieân keát coäng hoùa trò laø do caëp electron hoùa trò chuyeån (bò huùt) veà nguyeân toá coù ñoä aâm ñieän cao hôn, laøm cho noù bò phaân cöïc aâm, nguyeân toá kia phaân cöïc döông. Daàn daàn tieán ñeán giôùi haïn lieân keát ion, goïi laø söï ion hoùa (khi ñoä cheânh leäch cuûa ñoä aâm ñieän (chöông 3) giöõa hai nguyeân toá lôùn).  Thang ñoä aâm ñieän cuûa Pauling töø 0.7 (Cs) to 4.0 (F). CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Söï khaùc bieät ñoä aâm ñieän xaùc ñònh ñoä phaân cöïc cuûa lieân keát: ‟ Söï khaùc bieät ñoä aâm ñieän khoaûng 0 thì phaân töû khoâng phaân cöïc. ‟ Söï khaùc bieät ñoä aâm ñieän 0< <3 thì lieân keát coäng hoùa trò phaân cöïc. ‟ Söï khaùc bieät ñoä aâm ñieän khoaûng 3 trôû leân thì taïo lieân keát ion. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Löôõng cöïc vónh vieãn (Permanent dipole): Xaûy ra khi 2 nguyeân töû trong moät phaân töû thöïc chaát khaùc nhau veà ñoä aâm ñieän, moät nguyeân töû huùt e maïnh hôn nguyeân töû kia.  Löôõng cöïc nhaát thôøi (Instantaneous dipole): Chæ xuaát hieän nhaát thôøi ôû moät thôøi ñieåm naøo ñoù (ví duï trong phaân töû ) do söï phaân boá maät ñoä e töùc thôøi gaàn moät nguyeân töû hôn nguyeân töû kia.  Löôõng cöïc caûm öùng (Induced dipole): Xuaát hieän döôùi taùc duïng cuûa ñieän tröôøng ngoaøi, noù seõ maát khi ñieän tröôøng thoâi taùc duïng. Ví duï do löïc ñaåy hoaëc huùt cuûa moät phaân töû phaân cöïc gaàn noù. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Moment löôõng cöïc  Xeùt HF: ‟ Söï sai bieät ñoä aâm ñieän daãn ñeán taïo lieân keát phaân cöïc. ‟ Maät ñoä electrong phaân boá gaàn F hôn H. ‟ HF taïo thaønh moät “löôõng cöïc”. ‟ Cöïc döông trong löôõng cöïc kyù hieäu + vaø cöïc aâm kyù hieäu -.  Moment löôõng cöïc, : = Q.r ‟ Q laø ñoä lôùn cuûa ñieän tích (Coulomb), r laø khoaûng caùch 2 haït nhaân (m). ‟ Ñôn vò cuûa moment löôõng cöïc laø debyes, D CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt TOÙM LAÏI  Öu ñieåm cuûa phöông phaùp VB laø giaûi thích ñöôïc khaû naêng taïo lieân keát, caùc ñaëc tröng lieân keát, giaûi trích ñöôïc caáu truùc vaø tính chaát cuûa nhieàu phaân töû vaø nhaát laø coù tính chaát roõ raøng deå hình dung.  Nhöôïc ñieåm: Chöa giaûi thích ñöôïc heát caùc tính chaát, nhö tính thuaän töø, ñoä maøu saéc, söï taïo thaønh ion H 2 + CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt NAÊNG LÖÔÏNG LIEÂN KEÁT CUÛA MOÄT SOÁ LIEÂN KEÁT COÄNG HOÙA TRÒ (kJ/mol) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt PHÖÔNG PHAÙP ORBITAL PHAÂN TÖÛ (MO)  Phöông phaùp naøy do hai nhaø baùc hoïc Friedrich Hund vaø Robert S. Mulliken ñöa ra (1927-1928). Khôûi ñieåm khaûo saùt vôùi tröôøng hôïp ion H 2 + thay vì H 2 phaân töû .  Trong tröôøng hôïp naøy haøm soá soùng ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: [H 2 + ]= C 1 a + C 2 b  Giaûi phöông trình soùng Schrodinger treân cuõng cho hai lôøi giaûi: C 1 =C 2 vaø C 1 =-C 2 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Töùc laø ta coù: S = C S ( a + b ), laø haøm soùng bieåu dieãn caùc OP lieân keát. A = C A ( a - b ), laø haøm soùng bieåu dieãn caùc OP phaûn lieân keát.  OP lieân keát coù naêng löôïng thaáp hôn OP phaûn lieân keát. + e HbHa + - ra rb Rab CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Moät soá luaän ñieåm cuûa phöông phaùp MO ‟ Phaân töû laø toå hôïp thoáng nhaát cuûa caùc haït nhaân nguyeân töû vaø e, trong ñoù moãi e chuyeån ñoäng trong tröôøng caùc haït nhaân vaø nhöõng e coøn laïi. Caùc haït nhaân vaø e laø cuûa chung phaân töû neân coù theå xem laø “nguyeân töû phöùc taïp”. ‟ Trong phaân töû traïng thaùi electron ñöôïc ñaëc tröng baèng haøm soá soùng phaân töû , töùc laø baèng OP. ‟ Caùc OP ñöôïc taïo thaønh do söï toå hôïp tuyeán tính (+ hoaëc -) caùc ON (söï che phuû), soá OP taïo thaønh baèng soá ON tham gia che phuû. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Söï toå hôïp tuyeán tính + caùc ON OP lieân keát.  Söï toå hôïp tuyeán tính ‟ caùc ON OP phaûn lieân keát. E OP lieân keát < E xuaát phaùt < E OP phaûn lieân keát  Lieân keát trong phaân töû ñöôïc xaùc ñònh baèng soá e lieân keát khoâng bò trieät tieâu bôûi e phaûn lieân keát (moät e phaûn lieân keát trieät tieâu moät e lieân keát). Baäc lieân keát = [ e lk - e plk ]/2  Lieân keát coù teân goïi cuûa OP chöùa elk khoâng bò trieät tieâu. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ñieàu kieän ñeå caùc ON toå hôïp thaønh OP  Caùc ON phaûi gaàn nhau veà naêng löôïng, phaûi che phuû nhau ñaùng keå vaø phaûi coù ñoái xöùng gioáng nhau ñoái vôùi ñöôøng lieân keát trong phaân töû.  Caùc electron trong phaân töû seõ phaân boá treân caùc OP theo nhöõng quy luaät gioáng nhö treân caùc ON: Theo traät töï taêng daàn naêng löôïng, treân moãi OP toái ña chæ coù hai electron coù spin ngöôïc nhau, xeáp sao cho soá electron ñoäc thaân nhieàu nhaát CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Khaûo saùt moät soá phaân töû ñôn giaûn baèng phöông phaùp MO Caùc phaân töû caáu taïo töø hai nguyeân töû cuøng loaïi cuûa chu kyø 1 (H 2 , He 2 ) Caùc OP taïo thaønh töø caùc ON 1s trong ñoù coù 1 OP 1s plk coù naêng löôïng cao hôn OP 1s lk CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Caùc phaân töû caáu taïo töø hai nguyeân töû cuøng loaïi cuûa nhöõng nguyeân toá chu kyø 2 ‟ Ngoaøi ON 1s coøn coù 4 ON 2s, 2p x,y,z , do ñoù beân caïnh lieân keát coøn taïo lieân keát . ‟ Do söï sai khaùc veà naêng löôïng neân söï che phuû chæ xaûy ra giöõa caùc ON s vôùi nhau vaø p vôùi nhau. Töùc laø töø 10 ON toå hôïp tuyeán tính taïo 10 OP, ôû ñaây caùc OP 1s ñaõ ñieàn ñaày vaø ñöôïc xaùc ñònh nhö caùc nguyeân toá chu kyø 1 neân chæ xeùt töø caùc ON lôùp 2. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt OP cuûa caùc ON 2p CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Khi möùc naêng löôïng 2s vaø 2p caùch xa nhau (s vaø p aûnh höôûng yeáu, ñoái vôùi caùc nguyeân toá cuoái chu kyø coù ñoä aâm ñieän lôùn, O, F vaø Ne) caùc OP phaân boá theo chieàu taêng daàn naêng löôïng nhö sau. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ví duï phaân töû Oxygen, O 2 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Ñoái vôùi caùc nguyeân toá ñaàu chu kyø, naêng löôïng 2s vaø 2p gaàn nhau (s vaø p aûnh höôûng nhau maïnh) vaø ñoä aâm ñieän nhoû, caùc OP phaân boá nhö sau: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ví duï phaân töû Nitrogen, N 2 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Nhaän xeùt Taêng caùc e hoùa trò taêng baäc lieân keát vaø naêng löôïng lieân keát, giaûm chieàu daøi lieân keát trong daõy B 2 - C 2 ‟ N 2 , laø do vieäc taêng e hoùa trò vaøo caùc OP lieân keát. Ngöôïc laïi trong daõy O 2 ‟ F 2 ‟ Ne 2 , laø do söï taêng e hoaù trò seõ ñieàn vaøo caùc OP phaûn lieân keát. Ôû phaân töû khí trô soá electron lieân keát baèng soá electron phaûn lieân keát neân caùc phaân töû khí trô khoâng theå toàn taïi ôû ñieàu kieän bình thöôøng. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt GIAÛI THÍCH MOÄT SOÁ TÍNH CHAÁT  Töø tính ‟ Chaát thuaän töø khi phaân töû coù chöùa e ñoäc thaân (do e taïo töø tröôøng khi chuyeån ñoäng). ‟ Chaát coù hai e gheùp ñoâi thì hai e sinh ra töø tröôøng ngöôïc nhau (do spin ngöôïc nhau) daãn ñeán trieät tieâu nhau vaø daãn ñeán nghòch töø.  Maøu saéc ‟ Caùc electron khi bò kích thích seõ chuyeån töø OP naøy sang OP khaùc coù naêng löôïng cao hôn, söï chuyeån naøy keøm theo söï haáp thuï naêng löôïng töông öùng vôùi böôùc soùng (A 0 ) öùng vôùi caùc tia ñôn saéc taïo maøu. ‟ Ví duï: Coù maøu tím khi electron chuyeån töø * sang * öùng vôùi =5200 A 0 , töùc vaøng ‟ luïc ‟ tím. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Thöôøng ta bieåu dieãn ñôn giaûn coâng thöùc electron phaân töû theo phöông phaùp MO nhö sau: 2422 2 lk x lk z,y plk s lk s :N 44222 2 plk z,y lk z,y lk x plk s lk s :F CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Caùc phaân töû caáu taïo töø hai nguyeân töû khaùc nhau cuûa chu kyø 2. ‟ Cuõng gioáng treân, tuy nhieân do caùch bieät naêng löôïng giöõa caùc ON s vaø p cuûa 2 nguyeân töû giaûm neân ta duøng tröôøng hôïp caùc nguyeân töû ñaàu chu kyø. ‟ Ví duï: Xeùt caùc tröôøng hôïp CO, CN, CN - NO + , NO, NO - Do caáu truùc saép xeáp 10e hoùa trò CO gioáng N 2 neân chuùng coù nhieàu ñaëc tröng lyù hoùa gioáng nhau. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 1s 1s nonbonding AO B AO N MO BN 2s 2s 2p 2p CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt MOÄT SOÁ VÍ DUÏ VEÀ CAÙC PHAÂN TÖÛ NHIEÀU NGUYEÂN TÖÛ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt LIEÂN KEÁT ION Baûn chaát lieân keát ion: ‟ Laø löïc huùt tónh ñieän giöõa caùc ion traùi daáu (löïc Coulomb). ‟ Khaû naêng taïo Cation: Phuï thuoäc naêng löôïng ion hoùa cuûa nguyeân toá. I beù thì khaû naêng taïo cation lôùn. ‟ Khaû naêng taïo anion: Phuï thuoäc aùi löïc electron cuûa nguyeân toá. E caøng lôùn thì khaû naêng taïo anion caøng lôùn. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Lieân keát Ion trong NaCl CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Lieân keát Ion trong LiI CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ñaëc ñieåm lieân keát ion  Lieân keát ion coù hai tính chaát ñaëc tröng traùi ngöôïc haún vôùi lieân keát coäng hoùa trò laø khoâng ñònh höôùng vaø khoâng baõo hoøa.  Do ion laø quaû caàu coù ñieän tröôøng ñeàu neân noù huùt caùc ion ngöôïc daáu theo baát kyø höôùng naøo trong khoâng gian. Ñaëc bieät trong tinh theå moãi ion ñöôïc bao quanh baèng caùc ion ñoái daáu vôùi löïc lieân keát hoaøn toaøn nhö nhau daãn ñeán khoâng coù ion tuyeät ñoái. ‟ Ví duï: Cs+-F- coù 94% lieän keát ion, 6% lieân keát coäng hoùa trò. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Baùn kính nguyeân töû - Ion CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Söï phaân cöïc ion  Laø söï dòch chuyeån caùc ñaùm maây electron ñoái vôùi haït nhaân cuûa moät ion döôùi taùc duïng cuûa moät ñieän tröôøng moät ion khaùc. ‟ Ion coù ñaùm maây electron bò bieán daïng goïi laø ion bò phaân cöïc. ‟ Ion coù ñieän tröôøng taùc duïng goïi laø ion phaân cöïc.  Khaû naêng phaân cöïc ion phuï thuoäc vaøo ñieän tích, kích thöôùc vaø caáu hình electron cuûa chuùng: ‟ Ion coù r caøng lôùn thì caøng deã bò phaân cöïc. ‟ Ion coù r caøng lôùn thì coù khaû naêng phaân cöïc caøng yeáu. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Ñoä bò phaân cöïc caøng taêng theo chieàu sau (daõy kieàm vaø halogen) CsRbKNaLi IBrClF CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Caáu hình khí trô coù ñoä bò phaân cöïc nhoû nhaát.  Khaû naêng phaân cöïc: Ñieän tích ion taêng thì ñoä phaân cöïc taêng.  Kích thöôùc taêng thì ñoä phaân cöïc giaûm.  Ñoä phaân cöïc cuûa daõy ion kieàm: CsRbKNaLi CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt LIEÂN KEÁT KIM LOAÏI Caáu taïo kim loaïi vaø lieân keát kim loaïi  Kim„loaïi coù naêng löôïng ion hoaù thaáp (<900 kJ/mol, vôùi phi kim thöôøng I > 900 kJ/mol).  „Thöôøng thì chöùa 1023 electrons/ cm3.  Treân nuùt maïng laø caùc ion döông (hoaëc nguyeân töû kim loaïi trung hoøa töùc thôøi), beân trong maïng laø caùc electron töï do (böùt khoûi nguyeân töû kim loaïi) chuyeån ñoäng hoån loaïn trong toaøn boä tinh theå. Do ñoù caùc lieân keát tónh ñieän khoâng oån ñònh cao ñoä, hay noùi caùch khaùc laø lieân keát raát nhieàu taâm vì khi electron lieân keát ñoàng thôøi thoäc veà toaøn boä caùc nguyeân töû trong tinh theå. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Lyù thuyeát mieàn naêng löôïng veà caáu taïo kim loaïi  Cô sôû cuûa lyù thuyeát naøy laø thuyeát OP aùp duïng cho heä khoaûng 10 23 nguyeân töû.  Theo thuyeát OP thì hai nguyeân töû töông taùc nhau xaûy ra söï che phuû taïo ra caùc OP lieân keát vaø phaûn lieân keát. Töùc laø moãi traïng thaùi naêng löôïng nguyeân töû ñöôïc taùch thaønh hai traïng thaùi naêng löôïng phaân töû.  Vaäy neáu coù 3, 4, 5nguyeân töû töông taùc vôùi nhau thì moãi traïng thaùi naêng löôïng nguyeân töû laïi taùch thaønh 3, 4, 5 traïng thaùi naêng löôïng phaân töû.  Xeùt tinh theå coù nguyeân töû töông öùng vôùi möùc naêng löôïng toå hôïp nhau taïo OP. Caùc möùc naêng löôïng traûi ñeàu nhau trong moät giaûi naêng löôïng ñöôïc xem nhö lieân tuïc. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Sô ñoà taùch traïng thaùi naêng löôïng nguyeân töû thaønh traïng thaùi naêng löôïng phaân töû CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chieàu roäng vaø vò trí cuûa mieàn naêng löôïng ñöôïc quyeát ñònh bôûi giaù trò cuûa khoaûng caùch caân baèng giöõa caùc nguyeân töû trong tinh theå chaát raén. ‟ Mieàn chöùa caùc electron hoùa trò goïi laø mieàn hoùa trò(1). ‟ Mieàn töï do naèm treân mieàn hoùa trò goïi laø mieàn daãn (2). ‟ Mieàn xuaát hieän giöõa (1) vaø (2) (neáu coù) laø mieàn caám (3). CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Electron vaø ion döông trong kim loaïi coù löïc huùt raát maïnh. Töùc laø phaûi caàn naêng löôïng raát lôùn ñeå phaù huûy naêng löôïng naøy. Do ñoù naêng löôïng thöôøng coù nhieät ñoä soâi raát cao, nguyeân lyù gaàn gioáng lieân keát ion.  Vì baûn chaát lieân keát kim loaïi neân kim loaïi coù caùc tính chaát ñaëc tröng: Beàn, deã daùt moûng, deã keùo sôïi, daãn nhieät vaø daãn ñieän vaø aùnh kim. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Caáu truùc kim loaïi, chaát baùn daãn vaø chaát caùch ñieän Kim loaïi: E3eV CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CAÙC LOAÏI LIEÂN KEÁT YEÁU (GIÖÕA CAÙC PHAÂN TÖÛ) Lieân keát Hydro  Lieân keát taïo thaønh giöõa H ñaõ tham gia lieân keát trong phaân töû naøy vôùi nguyeân töû coù ñoä aâm ñieän maïnh trong phaân töû khaùc. ‟ Ví du: Trong dung dòch HF, H 2 O, NH 3  Lieân keát Hydro (E = 8 40KJ/mol) aûnh höôûng ñeán nhieàu quaù trình. ‟ Ví duï: Laøm nhieät ñoä soâi , nhieät ñoä noùng chaûy chaát taêng cao, aûnh höôûng ñeán quaù trình boác hôi trong dung dòch... CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Lieân keát Hydro coù theå hình thaønh noäi phaân töû (vôùi chaát höõu cô nhieàu nhoùm chöùc, ví duï axit amin).  Baûn chaát lieân keát Hydro: ‟ Laø lieân keát coù tính chaát ion. ‟ Coù tính cho, nhaän (H+ nhaän caëp electron). ‟ Thöù töï giaûm daàn lieân keát Hydro: F, O, N(Giaûm theo ñoä aâm ñieän giaûm daàn). CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Lieân keát hydro maïnh nhaát laø vôùi caùc nguyeân toá fluorine, nitrogen, vaø oxygen. Lieân keát hydro yeáu nhaát ñöôïc taïo trong chloroform vaø acetylene...  Lieân keát Hydro maïnh hôn lieân keát Van der Waals, nhöng yeáu hôn lieân keát coäng hoùa trò vaø lieân keát ion.  Lieân keát hydro bieán thieân töø raát yeáu (1-2 kJ/mol) ñeán raát maïnh (40 kJ/mol), nhö trong HF 2− .  Caùc giaù trò lieân keát hydro tham khaûo: O†H...:N (29 kJ/mol or 6.9 kcal/mol) O†H...:O (21 kJ/mol or 5.0 kcal/mol) N†H...:N (13 kJ/mol or 3.1 kcal/mol) N†H...:O (8 kJ/mol or 1.9 kcal/mol) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Moät vaøi minh hoïa cuûa lieân keát Hydro CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt AÛnh höôûng cuûa lieân keát Hydro ñeán nhieät ñoä soâi CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Lieân keát Van der Waals  Baûn chaát cuõng laø töông taùc tónh ñieän, goàm ba thaønh phaàn töông taùc sau: ‟ Töông taùc ñònh höôùng: Xuaát hieän giöõa caùc phaân töû coù cöïc. Töông taùc taêng khi moment löôõng cöïc cuûa caùc phaân töû taêng vaø nhieät ñoä giaûm. ‟ Töông taùc caûm öùng: Phaân töû khoâng cöïc tieán ñeán gaàn phaân töû phaân cöïc maïnh vaø bò phaân cöïc taïm thôøi, töông taùc vôùi nhau. ‟ Töông taùc khueách taùn: Xuaát hieän giöõa caùc phaân töû coù cöïc hoaëc khoâng cöïc baát kyø, nhôø löôõng cöïc nhaát thôøi.  Löïc lieân keát Van der Walls yeáu, deã bò phaù vôõ. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt So saùnh ñoä lôùn caùc lieân keát  Bond type Relative strength (kJ/mol)  Ionic bonds 1000  Covalent bond 500  Hydrogen bonds 100  Dipole-dipole 1-10 (Van der Waals) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt