CHƯƠNG 2: LIÊN KẾT HÓA HỌC VÀ CẤU TẠO PHÂN TỬ (Thời lượng: 6t LT + 2t BT) NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ LIÊN KẾT HÓA HỌC 1.1 Bản chất liên kết  Liên kết hóa học có chất điện Electron thực liên kết hóa học chủ yếu electron lớp cùng: ns, np, (n-1)d (n-2)f gọi electron hóa trị Sự phân bố mật độ electron khác trường hạt nhân nguyên tử tạo tạo thành liên kết khác nhau: chủ yếu liên kết cộng hóa trị liên kết ion 1.2 Một số đặc trưng liên kết a Độ dài liên kết: Độ dài liên kết khoảng cách hai hạt nhân nguyên tử tương tác với Có thể xác định gần đúng: dA-B = rA + rB d – độ dài liên kết r – bán kính nguyên tử  Khi A, B có độ âm điện gần nhau: d A− B = rA + rB  Khi A, B có độ âm điện xa nhau: d A− B = rA + rB − 0,09 χ A− χ B 1.2 Một số đặc trưng liên kết b Góc hóa trị: góc tạo thành hai đoạn thẳng tưởng tượng nối hạt nhân nguyên tử trung tâm với hai hạt nhân nguyên tử liên kết 1.2 Một số đặc trưng liên kết •c Năng lượng liên kết: Đặc trưng cho độ bền liên kết Năng lượng liên kết lượng cần tiêu tốn để phá hủy liên kết lượng giải phóng tạo thành liên kết Năng lượng phá hủy tạo thành liên kết có trị số có dấu khác Lưu ý : phân tử, nguyên tử có khả tạo nhiều liên kết lượng liên kết tính qua lượng trung bình VD : H2O có EOH = Q phânhủyH 2O 91910 = = 459,5 kJ > LIÊN KẾT ION 2.1 Thuyết tĩnh điện đại liên kết ion Tương tác hóa học gồm Q trình tạo ion từ nguyên tử tương tác Quá trình hút lực hút tĩnh điện ion 2.1 Thuyết tĩnh điện đại liên kết ion • Ví dụ: • Na + Cl → Na+ + 1s22s22p63s1 1s22s22p63s23p5 1s22s22p6 1s22s22p63s23p6 Na+ + Cl− Cl− → NaCl Các nguyên tử chuyển electron hóa trị cho Ban đầu ion ngược dấu hút nhau, tiến lại gần đẩy tương tác lớp vỏ electron Phân tử ion hình thành lực đẩy lực hút 2.2 Năng lượng liên kết ion Xét lượng liên kết ion phân tử ion AB (k) tạo thành từ nguyên tử A(k) B(k) (đều hóa trị 1) •A(k) = A+(k) + e + IA (1) •B(k) + e = B−(k) + FB (2) •A+(k) + B− = AB(k) + E (3) •Đặt EAB = IA + FB + E EAB lượng tạo thành phân tử ion AB (k) giá trị lượng liên kết ion A−B Các nguyên tố cuối chu kỳ (từ O đến Ne): •Độ chênh lệch lựơng lớn: xảy tổ hợp orbital 2s với 2p với Sự tổ hợp AO 2s tạo thành MO σ2s σ ∗2s Sự tổ hợp AO 2px tạo thành MO σ px σ *2 px (che phủ theo trục x) Sự tổ hợp cặp đôi AO 2py AO 2pz tạo * * π , π vaø π , π thành cặp MO py py pz px (che phủ phía trục nối hạt nhân) Các MO tạo thành phân bố theo lượng sau: σ 1s < σ 1*s < σ 2s < σ *2s < σ px < π py = π pz < π *2 py = π *2 pz < σ *2 px Đối với nguyên tố đầu chu kỳ (từ Li đến N) • Do độ chênh lệch lượng ∆E AO 2p 2s nhỏ nên AO 2s tổ hợp với với AO 2p • Sự tổ hợp AO 2s AO 2px tạo thành MO * σ2s , σ2 px , σ* , σ 2s px Sự tổ hợp cặp AO 2py hay 2pz tạo thành cặp MO π , π* vaø π , π* py py pz pz Đối với nguyên tố đầu chu kỳ: xuất lực đẩy orbital 2s 2p mà orbital π p y , π p z trở nên thuận lợi mặt lượng so với orbital σ p x • Các MO tạo thành phân bố sau: σ 1s < σ 1*s < σ s < σ 2*s < π p y = π p z < σ p x < π 2* p y = π 2* p z < σ 2* p x Sự phân bố electron MO •Đối với nguyên tố đầu CK: MO Li2 B2 C2    ∗ σσ2s px π ∗2 py,z σ2px π2py,z σ ∗2s Bậc liên kết Chiều dài liên kết, A0 Năng lượng            N2    N2+     2,67 1,59 1,24 1,10 2,5 1,12 105 289 599 940 828 Đối với nguyên tố cuối CK MO σ2s ∗ σ Ne2 px π ∗2 py,z O2+  O2  O2 F2   π2py,z σ2p x∗ σ 2s Bậc liên kết Chiều dài liên kết, A0 Năng lượng liênkết (kj/mol) 2.5 1.12 1.21 1.5 1.26 1,41 629 494 328 154 Nhận xét • Bậc liên kết tăng → Độ dài liên kết giảm → Năng lượng liên kết tăng → Độ bền liên kết tăng • Sự tăng electron MO liên kết làm tăng độ bền liên kết phân tử Ngược lại, tăng electron MO phản liên kết làm giảm độ bền liên kết phân tử Tính chất từ  Khi phân tử có chứa electron độc thân: thuận từ, bị nam châm hút  Khi phân tử không chứa electron độc thân: nghịch từ, từ trường hai spin ngược triệt tiêu nhau, chất không biï nam châm hút Màu sắc chất vô  Các electron phân bố orbital phân tử bị kích thích hấp thu tia vùng quang phổ ánh sáng thấy để chuyển sang orbital có lượng cao 3.3 Các phân tử cộng hóa trị 3.3.1 Phân tử cộng hóa trị có cực khơng cực  Tùy thuộc vào phân bố mật độ electron đối xứng hay không đối xứng phân tử mà phân tử cộng hóa trị có cực hay khơng có cực  Phân tử khơng cực: phân tử hai nguyên tử loại Vd: H2, N2, Cl2,  Phân tử có cực: phân tử hai nguyên tử khác loại Vd: HCl HBr phân tử có cấu tạo khơng đối xứng 3.3.2 Lưỡng cực moment lưỡng cực  Xem phân tử có cực lưỡng cực điện, nghĩa hệ thống gồm hai điện tích ngược dấu ( δ +, δ) − cách khoảng cách l gọi độ dài lưỡng cực  Moment lưỡng cực: tích độ dài lưỡng cực với điện tích δ µ = l.δ Đơn vị: Culong-met, Debye D 1D = 3.336x10-30 C.m Nếu µ = : phân tử khơng phân cực (phân tử đối xứng) µ ≠ : phân tử phân cực µ lớn phân tử phân cực •Moment lưỡng cực phân tử đại lượng vectơ có chiều qui ước từ cực dương đến cực âm Ví dụ : với phân tử HCl δ+ δ- H - Cl •Moment lưỡng cực phân tử tổng vectơ moment lưỡng cực CỦA CÁC LIÊN KẾT ELECTRON HĨA TRỊ TỰ DO Vì gía trị moment lưỡng cực phụ thuộc vào cấu tạo phân tử đối xứng hay không đối xứng Ảnh hưởng cấu tạo phân tử •Ví dụ: Phân tử CO2 C-O có cực mạnh µ C −O = 2.7 D phân tử có cấu tạo đối xứng đường thẳng chiều vectơ moment lưỡng cực ngược nên CO2 thuộc loại không cực Phân tử H2O: góc hóa trị 104.5o, moment lưỡng cực O-H 1.51D Moment lưỡng cực nước 1.84D Ảnh hưởng cặp electron hóa trị tự đến moment lưỡng cực • Ví dụ: NH3 NF3 Các liên kết N-H N-F có cực, µ N − H < µ N − F , độ có cực NH3 (1.48D) lớn nhiều lần NF3 (0.2D) ... ion từ nguyên tử tương tác Quá trình hút lực hút tĩnh điện ion 2. 1 Thuyết tĩnh điện đại liên kết ion • Ví dụ: • Na + Cl → Na+ + 1s22s22p63s1 1s22s22p63s23p5 1s22s22p6 1s22s22p63s23p6 Na+ + Cl−... Đề nghị: liên kết tạo thành thuộc mà thuộc bốn hạt nhân nguyên tử  Đó liên kết π khơng định chỗ 2pz 2p Z x Z O 2p x o 120 C X sp2 2pz O 2pz 2px O 2p z 3.1.8 Bậc liên kết liên kết cộng hóa trị... trị  Bậc liên kết xác định số cặp electron tham gia tạo liên kết hai nguyên tử  Liên kết đơn có bậc liên kết  Liên kết đơi có bậc liên kết  Liên kết ba có bậc liên kết  Tất liên kết đơn thuộc