6/27/2012 Chương LIÊN K T HÓA H C C U T O PHÂN T Chương 4.1 Những khái niệm liên kết hóa học 4.2 Liên kết cộng hóa trị 4.3 Liên kết ion 4.4 Liên kết kim loại 4.5 Liên kết hyđro 4.6 Liên kết Van Der Vaal 6/27/2012 4.1 Nh ng khái ni m b n v liên k t hóa h c 4.1 Những khái niệm LKHH 4.1.1 Sự hình thành liên kết hóa học: Th Đ y (+) Kho ng cách gi a hai nhân Hút (-) Đư ng cong th c a H2 6/27/2012 4.1 Những khái niệm LKHH 4.1.2 Bản chất liên kết • Các loại liên kết hố học có chất điện suy cho tương tác hạt mang điện hạt nhân nguyên tử electron • Trong tương tác hóa học có e phân lớp thực liên kết: ns, np, (n-1)d (n-2)f (gọi electron hóa trị) • Theo CHLT, nghiên cứu liên kết trình nghiên cứu phân bố mật độ electron trường hạt nhân hạt nhân nguyên tử tạo phân tử • Các loại liên kết: liên kết cộng hoá trị, liên kết ion, liên kết kim loại, liên kết Van der Valls, liên kết hydro 4.1 Những khái niệm LKHH 4.1.3 Một số đặc trưng liên kết a Đ dài liên k t: kho ng cách gi a hai h t nhân nguyên t liên k t v i Ví du Liên k t: H-F d (A0) 0,92 H-Cl 1,28 H-Br 1,42 H-I 1,62 • Độ dài liên kết giảm độ bội liên kết tăng • Năng lượng liên kết cao độ dài liên kết nhỏ 6/27/2012 4.1 Những khái niệm LKHH 4.1.3 Một số đặc trưng liên kết b Góc hố tr : Góc hố tr góc t o thành b i đo n th ng n i h t nhân nguyên t trung tâm v i h t nhân ngun t liên k t • Góc hố tr ph thu c vào b n ch t nguyên t tương tác, ki u h p ch t, c u hình khơng gian c a phân t 4.1 Những khái niệm LKHH 4.1.3 Một số đặc trưng liên kết b Góc hố tr : 6/27/2012 4.1 Những khái niệm LKHH 4.1.3 Một số đặc trưng liên kết c B c liên k t: số liên kết tạo thành nguyên tử tương tác trực tiếp với • Đối với liên kết cộng hố trị bậc liên kết xác định số cặp e tham gia liên kết hai nguyên tử • Liên kết đơn có bậc liên kết 1, liên kết đơi có bậc liên kết 2, liên kết ba có bậc liên kết • Đối với hệ liên hợp, bậc liên kết số nguyên mà số thập phân Ví dụ: benzen bậc liên kết C-C 1,5 4.1 Những khái niệm LKHH 4.1.3 Một số đặc trưng liên kết d Năng lư ng liên k t: lượng tạo thành liên kết lượng cần tiêu tốn để phá hủy liên kết mol phân tử trạng thái khí • Lưu ý: Năng lượng liên kết lượng phân ly liên kết trùng phân tử nguyên tử ví dụ EH-H = EplH2 = 431 kj/mol • Đối với phân tử nhiều nguyên tử, lượng liên kết lấy giá trị trung bình, khơng trùng với lượng phân ly liên kết phân tử ví dụ CH4 6/27/2012 4.1 Những khái niệm LKHH 4.1.3 Một số đặc trưng liên kết • Năng lượng liên kết phụ thuộc vào độ dài liên kết, độ bội liên kết, độ bền liên kết 4.2 Liên k t c ng hóa tr 6/27/2012 4.2 Liên kết cộng hóa trị 4.2.1 Liên k t c ng hố tr theo Lewis (1916) 4.2.2 Liên k t c ng hoá tr theo thuy t liên k t- hoá tr (Valence bond-VB) 4.2.3 Liên k t c ng hoá tr theo thuy t orbital phân t (Molecular Orbital -MO) 4.2 Liên kết cộng hóa trị 4.2.1 Liên k t c ng hố tr theo Lewis (1916) • Nội dung bản: Là loại liên kết hình thành cách đưa electron hố trị để tạo thành cặp electron chung nguyên tử • Đặc điểm: – Khi tạo thành liên kết, nguyên tử tham gia liên kết có electron lớp ngồi tương tự nguyên tử khí – Các electron khơng tham gia tạo thành liên kết cộng hố trị gọi electron không liên kết – Khi hai nguyên tử liên kết với cặp electron chung ta có liên kết đơn, cặp e chung liên kết đôi, cặp e liên kết – Số liên kết nguyên tử gọi bậc liên kết 6/27/2012 4.2 Liên kết cộng hóa trị 4.2.1 Liên k t c ng hố tr theo Lewis (1916) Lưu ý: Tuỳ theo hợp chất cụ thể mà liên kết cộng hố trị • Liên kết cộng hố trị khơng có cực H2, Cl2: • Liên kết cộng hố trị có cực HCl: • Liên kết cộng hố trị cho nhận: loại liên kết mà cặp e dùng chung nguyên tử đóng góp NH3 NH4+ H+ + 4.2 Liên kết cộng hóa trị 4.2.1 Liên k t c ng hố tr theo Lewis (1916) Lewis Structures electrons khơng liên k t or •• electrons •• Cl Cl •• •• •• Cl Cl •• •• Liên k t •• → •• •• •• • Cl + Cl •• •• •• •• •• • Cl2: •• •• •• H • + • H → H H or H H H2: 6/27/2012 4.2 Liên kết cộng hóa trị 4.2.1 Liên k t c ng hố tr theo Lewis (1916) •• 14 e •• HOCl •• •• •• 24 e •• COCl2 •• •• O •• •• Cl C Cl •• •• H O Cl •• •• − •• •• CH3OH 26 e 14 e •• •• O Cl O •• •• •• •• ClO3− •• •• O H •• H C O H •• H 4.2 Liên kết cộng hóa trị 4.2.1 Liên k t c ng hoá tr theo Lewis (1916) •• •• •• •• •• •• •• HF: •• H •• F H F• • •• H2O: H O H •• NH3: H N H •• H H N H H H •• H C H •• H H H C H H •• •• •• •• CH4: •• H O H •• •• 6/27/2012 4.2 Liên kết cộng hóa trị 4.2.1 Liên k t c ng hố tr theo Lewis (1916) Quy tắc bát tử - cách tính số electron liên kết • S = N-A • S tổng số electron dùng chung phân tử • N tổng số electron cần thiết lớp tất nguyên tử phân tử để thu cấu hình khí (N =8, 2) • A số electron có lớp ngồi tất nguyên tử có mặt phân tử (chúng ta phải điều chỉnh A nguyên tử thay ion) Thêm electron điện tích âm trừ electron điện dương) 4.2 Liên kết cộng hóa trị 4.2.1 Liên k t c ng hoá tr theo Lewis (1916) Ví dụ • Đối với F2 – N = x : 16 e cần – A = x (2 nguyên tử F ) 14 e sẵn có – S = N - A =16 -14 = e dùng chung • Đối với NH+4 – N = x ( N ngtử) + x (4 H ngtử) = 16 e – A = x (1 N ngtử) + x (4 H ngtử) - (cho điện tích +) = e sẵn có – S = N - A = 16 – 8= e dùng chung 10 6/27/2012 4.3 Liên k t ion 4.3 Liên kết ion 4.3.1 Thuyết tĩnh điện liên kết ion Kossel (Kossel 1888-1967,người Đức) • Năm 1916 Kossel cho phân tử hợp chất hoá học tạo nhờ chuyển electron hoá trị từ nguyên tử sang nguyên tử khác Nguyên tử electron hoá trị biến thành ion dương gọi cation nguyên tử nhận electron biến thành ion âm gọi anion • Các ion ngược dấu hút nên tiến lại gần nhau, đến gần xuất lực đẩy lớp vỏ electron, lực hút đẩy cân ion dừng lại tạo thành phân tử hợp chất ion • Như liên kết ion loại liên kết tạo thành nhờ lực hút tĩnh điện ion trái dấu 26 6/27/2012 4.3 Liên kết ion Tương tác hóa học xảy gồm hai giai đoạn: • Nguyên tử truyền electron cho tạo thành ion • Các ion trái dấu hút theo lực hút tĩnh điện Na + Cl → 2s22p63s1 3s23p5 Na+ 2s22p6 + Cl– → NaCl 3s23p6 4.3 Liên kết ion 11P 12N Na 17P 18N Cl 27 6/27/2012 4.3 Liên kết ion 11P 12N 17P 18N Cl Na 4.3 Liên kết ion Na + 2,8 11P 12N Cl2,8,8 17P 18N 28 6/27/2012 4.3 Liên kết ion 4.3.2 Khả tạo thành liên kết ion nguyên tố • Các nguyên tố có lượng ion hố I nhỏ khả tạo thành cation dễ, ví dụ: kim loại kiềm kiềm thổ • Các ngun tố có lực electron lớn dễ tạo thành anion, ví dụ: halogen, oxy, lưu huỳnh • Như liên kết ion dễ tạo thành nguyên tố có tính kim loại mạnh ngun tố có tính phi kim mạnh 4.3 Liên kết ion 4.3.2 Khả tạo thành liên kết ion nguyên tố • Sự chênh lệch độ âm điện nguyên tố lớn tính ion hợp chất cao ∆χ 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Độ ion % 15 22 ∆χ 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 Độ ion % 30 39 47 55 63 ∆χ 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 Độ ion % 70 76 82 86 89 29 6/27/2012 4.3 Liên kết ion 4.3.3 Tính chất liên kết ion Ion xem cầu tích điện có điện trường phân bố hướng không gian dẫn đến số đặc điểm liên kết ion sau: • Tính khơng bảo hịa: thể chổ ion hút ion trái dấu với lượng khơng xác định • Tính khơng định hướng Nó hút ion trái dấu theo hướng • Các tính chất ion có ảnh hưởng đến phân bổ ion dung dịch tinh thể Trong tinh thể: ion bao bọc ion trái dấu với lực liên kết hoàn toàn 4.3 Liên kết ion 4.3.4 Sự phân cực ion Khái niệm: Trong hợp chất ion, độ ion liên kết khơng đạt 100%, ion ngược dấu đến gần phân cực (cực hố) lẫn Do đám mây electron cation anion không tách rời mà che phủ phần • Các ion bị phân cực mạnh e lớp ngồi liên kết yếu với hạt nhân • Bán kính ion nhỏ, điện tích ion lớn, cường độ điện trường lớn hiệu ứng gây cực hóa cao • Bán kính ion lớn, đám mây e linh động dễ bị phân cực + - S c c hóa c a anion Cltrong NaCl 30 6/27/2012 4.3 Liên kết ion 4.3.4 Sự phân cực ion • Khả cực hóa bị cực hóa (bị phân cực) ion xảy với mức độ khác tuỳ thuộc vào điện tích, bán kính ion cấu hình electron chúng • Các ion có cấu hình electron, điện tích lớn, kích thước bé có khả cực hóa mạnh Li+ > Na+ > K+ >Rb+ > Cs+ Al3+ > Mg2+ > Na+ • Ion có điện tích cấu hình e có kích thước lớn lực hút hạt nhân với electron ngồi yếu nên chúng dễ biến dạng tức dễ bị cực hóa Li+ Eh nhiều muối khó tan, ngược lại dễ tan - Nếu U tăng Eh giảm tính tan giảm ngược lại tính tan tăng, - Năng lượng Eh phụ thuộc khả phân cực nước cation, cation phan cực nước mạnh Eh tăng Muối Độ tan (mol/lit) CaSO4 8.10-3 SrSO4 5.10-4 BaSO4 1.10-5 U (kj/mol) 2347 2339 2262 Eh (kj/mol) 1703 1598 1444 4.4 Liên k t kim lo i 32 6/27/2012 4.4 Liên kết kim loại 4.4.1 Các tính chất kim loại • • • • • Khơng su t Có ánh kim D n nhi t D n n t t D o… 4.4 Liên kết kim loại 4.4.2 Cấu tạo kim loại liên kết kim loại M ng tinh th kim lo i đư c t o thành t : • Nh ng ion dương nút m ng tinh th • Các e hóa tr t chuy n đ ng h n lo n toàn b tinh th kim lo i → khí e → Liên k t có tính khơng đ nh ch r t cao (liên k t r t nhi u tâm) 33 6/27/2012 4.4 Liên kết kim loại 4.4.3 Thuyết miền lượng cấu tạo kim loại: • Mi n lư ng ch a e hóa tr g i mi n hóa tr (HOMO - highest occupied molecular orbitals) • Mi n lư ng không ch a e, n m mi n hóa tr g i mi n d n (LUMO - lowest unoccupied molecular orbitals) • N u mi n hóa tr mi n d n khơng che ph nhau, kho ng cách gi a hai mi n g i mi n c m 4.4 Liên kết kim loại 4.4.4 Tính dẫn điện chất rắn 34 6/27/2012 4.5 Liên k t hydro 4.5 Liên kết hydro 4.5.1 Khái niệm • Khi ngt H liên k t v i nguyên t có đ âm n l n F,O,N; c p e liên k t b l ch m nh v phía F,O,N → H tích n dương (Hδ+) g i H linh đ ng 35 6/27/2012 4.5 Liên kết hydro 4.5.1 Khái niệm • Các nguyên t c a nguyên t có đ âm n l n, kích thư c nh (m t đ n tích âm l n) N, O, F…hay ngu n e π (liên k t b i, nhân thơm …) ho c c p e không liên k t nguyên t đư c g i ngu n giàu n t → có th xem chúng tích n âm (Xδ-) • Liên k t hydro liên k t đ c bi t c a nguyên t H linh đ ng v i ngu n giàu n t c a phân t khác (liên k t hydro liên phân t ) hay nguyên t khác phân t (liên k t hydro n i phân t ) • Liên k t hydro v a có b n ch t n v a có b n ch t cho - nh n 4.5 Liên kết hydro 4.5.2 Đặc điểm • Liên k t hydro lo i liên k t y u, y u nhi u so v i liên k t c ng hóa tr m nh liên k t Van der Waals (năng lư ng lk t ữ 40 kcal/mol) ã Liờn k t hydro b n Xδ- Hδ+ có giá tr δ l n • Liên k t hydro làm: o Tăng nhi t đ sơi, nhi t đ nóng ch y c a ch t có liên k t hydro o Gi m đ acid c a dung d ch o Tăng đ tan dung mơi • Trong sinh h c, liên k t hydro giúp t o c u trúc b c cao cho glucid, protid… 36 6/27/2012 4.5 Liên kết hydro 4.5.2 Đặc điểm 4.5 Liên kết hydro Hydrogen Bonds in Water Liên kết Hydro liên phân tử 37 6/27/2012 4.5 Liên kết hydro Hydrogen Bonding in Acetic Acid Liên kết Hydro liên phân tử 4.5 Liên kết hydro Hydrogen Bonding in Salicylic Acid Liên kết Hydro nội phân tử 38 6/27/2012 4.6 Liên k t Van Der Waals 4.6 Liên kết Van Der Waals • Bản chất lk tương tác tĩnh điện • Là loại liên kết xuất phân tử • Có thể xuất khoảng cách tương đối lớn • Có lượng nhỏ E = ữ2Kcal/mol ã Cú tớnh khụng chn lc v khơng bão hịa • Có tính cộng 39 6/27/2012 4.6 Liên kết Van Der Waals • Tương tác định hướng • Tương tác cảm ứng • Tương tác khuyếch tán 40 ... liên kết d Năng lư ng liên k t: lượng thoát tạo thành liên kết lượng cần tiêu tốn để phá hủy liên kết mol phân tử trạng thái khí • Lưu ý: Năng lượng liên kết lượng phân ly liên kết trùng phân tử. .. liên kết – Khi hai nguyên tử liên kết với cặp electron chung ta có liên kết đơn, cặp e chung liên kết đôi, cặp e liên kết – Số liên kết nguyên tử gọi bậc liên kết 6/27/2012 4.2 Liên kết cộng hóa. .. electron hóa trị) • Theo CHLT, nghiên cứu liên kết trình nghiên cứu phân bố mật độ electron trường hạt nhân hạt nhân nguyên tử tạo phân tử • Các loại liên kết: liên kết cộng hoá trị, liên kết ion,