HĨA ĐẠI CƯƠNG – PHẦN CẤU TẠO Chƣơng MƠ HÌNH LIÊN KẾT CỘNG HĨA TRỊ THEO CƠ HỌC LƢỢNG TỬ LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ ĐỊNH CHỖ THUYẾT VB (VALENCE BOND) Lê Thị Sở Nhƣ Đại học Khoa Học Tự Nhiên HCM 2010 8.1 Sự tạo thành liên kết cộng hóa trị theo VB • Xây dựng từ ý tƣởng cặp electron dùng chung Lewis: nguyên tử A B “liên kết” với nhau, có xen phủ AO chúng, vùng xen phủ có cặp electron ngƣợc spin • Đƣa tính tốn gần vào học lƣợng tử để mơ tả tạo thành liên kết cộng hóa trị: Khi electron (1) (2) di chuyển nhân nguyên tử A B, W Heitler F London đề nghị phƣơng trình sóng có dạng: Y = C1 YA(1) YB(2) + C2 YA(2) YB(1) C1, C2: mức độ đóng góp thành phần tƣơng ứng Phân tử H2 - Giá trị thực nghiệm: EH-H = 458 kJ/mol, rH-H = 74,1 pm - Heitler – London: Y = YA(1) YB(2) + YA(2) YB(1)  EH-H = 303 kJ/mol, rH-H = 86,9 pm - Bổ sung hệ số chắn  EH-H = 365 kJ/mol, rH-H = 74,3 pm - Có tham gia liên kết ion: H – H ↔ H+ H- ↔ H- H+ Y = YA(1)YB(2) + YA(2)YB(1) + lYA(1)YA(2) + lYB(1)YB(2) = (1-a) Ycong hoa tri + a Yion  EH-H = 388 kJ/mol, rH-H = 74,9 pm 8.2 Điều kiện tạo liên kết cộng hóa trị theo VB - nguyên tử tạo liên kết phải gần  xen phủ AO - Có electron vùng xen phủ - Điều kiện để AO xen phủ nhau: - Các AO phải có lƣợng xấp xỉ (đồng năng) - Các AO dấu vùng xen phủ - Hƣớng xen phủ thích hợp  xen phủ cực đại 8.3 Các kiểu xen phủ Xen phủ s Xen phủ p 8.4 Đặc điểm liên kết cộng hóa trị VB - Sự xen phủ orbital hóa trị: Nguyên tử chu kỳ 1: vân đạo hóa trị  tối đa liên kết cộng hóa trị Nguyên tử chu kỳ 2: vân đạo cộng hóa trị  tối đa liên kết cộng hóa trị (theo Lewis) Nguyên tử chu kỳ 3: vân đạo hoá trị  nhiều liên kết cộng hóa trị  Khả tạo liên kết cộng hóa trị ngun tử có tính bão hồ - Muốn tạo liên kết cộng hóa trị: cần có xen phủ cực đại  liên kết cộng hóa trị có tính định hƣớng  thuyết tạp chủng vân đạo Phân tử BeCl2 AO “trộn lẫn”  orbital tạp chủng (lai hóa) sp Định hƣớng orbital lai hóa sp: thẳng hàng (góc 180o) Phân tử BeCl2 Sự tạp chủng AO nguyên tử Be: Sự xen phủ vân đạo tạp chủng sp Be vân đạo p Cl 8.5 Thuyết tạp chủng vân đạo (hybridization) • Để tạo orbital định hƣớng thích hợp cho xen phủ, AO “trộn lẫn” với  orbital tạp chủng (orbital lai hóa, hybrid orbitals) • Sự lai hóa xảy cho AO nguyên tử • n AO nguyên tử  n orbital lai hóa có hình dạng lƣợng tƣơng đƣơng • Tốn học: orbital lai hóa tạo tổ hợp tuyến tính AO nguyên tử: Ví dụ: Ysp3 = a Y2s + b Y2px + c Y2py + d Y2pz • Các dạng lai hóa thƣờng gặp: sp, sp2, sp3, sp3d, sp3d2 Các dạng tạp chủng hay gặp Các dạng tạp chủng thơng thƣờng Lai hóa sp3 C2H6 NH3 CH3OH Phân tử C2H4 C lai hóa sp2 Sự xen phủ để tạo liên kết  Orbital tạo liên kết p: khơng lai hóa Phân tử C2H2 C lai hóa sp Xen phủ s Xen phủ s p Dự đốn lai hóa ngun tử trung tâm Dựa vào công thức Lewis: số AO tham gia lai hóa = số liên kết s + số cặp electron không liên kết (AO tạo liên kết p: không lai hóa) 8.6 Thuyết VB hệ thống liên kết p giải tỏa phân tử có cơng thức cộng hƣởng Phân tử C6H6 C lai hoá sp2 Hệ thống liên kết p giải tỏa phân tử C 6H C – C (Å) Alkan 1,54 Benzen 1,40 Alken 1,35 Ion CO32Các công thức cộng hƣởng Hệ thống liên kết p giải tỏa 8.7 Acid – Base Lewis - Acid Lewis: phân tử hay ion thiếu electron – có orbital trống – nhận thêm electron để tạo liên kết cộng hóa trị: BF3, H+, AlCl3, SnCl4, Co3+, Fe3+… - Base Lewis: phân tử ion cặp electron chƣa liên kết, cung cấp electron để tạo liên kết cộng hóa trị với nguyên tử khác: NH3, H2O, F-, Cl-… Phản ứng acid – base Lewis Phản ứng acid – base Lewis - Sự tạo phức Phản ứng acid – base Lewis - Sự tạo phức Acid – Base Lewis - Sự tạo phức Co3+: Acid Lewis (nguyên tử trung tâm) NH3: Base Lewis (ligand, phối tử) 8.8 Các “đại phân tử” cộng hóa trị Liên kết Cộng hóa trị mạng tinh thể C (sp3) C (sp2) SiO2 (sp3) Bài tập • Tự luận: 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16 chƣơng • Trắc nghiệm: đến câu 39, phần liên kết hóa học ... Nguyên tử chu kỳ 2: vân đạo cộng hóa trị  tối đa liên kết cộng hóa trị (theo Lewis) Nguyên tử chu kỳ 3: vân đạo hoá trị  nhiều liên kết cộng hóa trị  Khả tạo liên kết cộng hóa trị ngun tử có... phủ cực đại 8. 3 Các kiểu xen phủ Xen phủ s Xen phủ p 8. 4 Đặc điểm liên kết cộng hóa trị VB - Sự xen phủ orbital hóa trị: Nguyên tử chu kỳ 1: vân đạo hóa trị  tối đa liên kết cộng hóa trị Nguyên... tử) 8. 8 Các ? ?đại phân tử” cộng hóa trị Liên kết Cộng hóa trị mạng tinh thể C (sp3) C (sp2) SiO2 (sp3) Bài tập • Tự luận: 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16 chƣơng • Trắc nghiệm: đến câu 39, phần