Bài giảng Hóa đại cương - Chương II: Liên kết hóa học

Nội dung text: Bài giảng Hóa đại cương - Chương II: Liên kết hóa học

1. CHƯƠNG II 3. Bậc liên kết: LIÊN KẾT HÓA HỌC Là số mối liên kết được hình thành giữa 2 nguyên tử I. Các đặc trưng của liên kết hóa học Etan H3C─CH3 blk = 1 1. Độ dài liên kết: là khoảng cách ngắn nhất nối liền Eten H2C = CH2 blk = 2 2 hạt nhân của 2 nguyên tử tham gia liên kết Etin HC ≡ CH blk =3 Liên kết H─F H─Cl H─Br H─I 4. Năng lượng liên kết o Q d(A ) 0,92 1,28 1,42 1,62 α. Phân tử 2 nguyên tử: AB    A(k) + B(k) 2. Góc liên kết:là góc tạo thành bởi 2 đoạn thẳng : Q là nhiệt hấp thu của pư Q>0 EAB = Q tưởng tượng nối liền nhân nguyên tử với 2 nhân β. Phân tử nhiều nguyên tử: của 2 nguyên tử liên kết với nó. Q 1  E = Q CH4(k) C(k) + 4H(k) CH 4 ●H E > 0 và E ↑ độ bền liên kết↑ 0 AB AB Td: H2O O● α α = 104,5 Blk↑ E , đblk,↑ nhưng d ↓ ●H AB AB 5. Các loại liên kết. II. LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ Gồm: 1. Nguyên tắc: Liên kết ion Liên kết AB: 0 ≤│χA – χB │< 1,7 lkcht Liên kết cộng hóa trị Khi 2 nguyên tử A và B tiến lại gần nhau, các AO Liên kết Hidro của chúng tiến lại gần nhau,đến 1 khoảng cách xđ Lực Van Der Walls Các loại liên kết yếu các AO nguyên tử của chúng sẽ che phủ lên nhau Liên kết trong phức chất các Orbital phân tử: Molecular Orbital (MO) Để phân biệt lk ion và lkcht ta có thể căn cứ vào * MO là vùng không gian quanh 2 nhân,trên đó độ âm điện của 2 nguyên tử tham gia liên kết. xác suất tìm thấy e cực đại từ 90→99% 0 ≤│χ - χ │< 1,7 lkcht Lk (AB) A B Mỗi MO cũng chỉ chứa tối đa 2e với spin ngược │χA – χB │≥ 1,7 lk ion chiều. 2. Các thí dụ: AO(A) AO(B) MO(AB) 1 H(1s ) ↑ ↑↓ ↑ + ↑ → ↑↓ * H2 1 H H:H H─H H(1s ) ↑ 2 ↑↓ + → ↑↓ Liên kết phối trí ↑↓ ↑↓ + → (cho nhận) ↑ + ↑ → ↑ ↑ → ↑↓ MO σs ▪ Chỉ có các AO hóa trị(AO chứa các e hóa trị) mới tham gia che phủ tạo liên kết. ▪ Qui tắc che phủ hữu hiệu 1 ↑ * Che phủ cực đại:các AO tiến lại với nhau HF H(1s ) ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ * 2 2 5 theo hướng như thế nào để cho cácAO che phủ F(1s 2s 2p ) ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 2s 2p σsp lên nhau càng nhiều càng tốt H:F̤̈: H─ ̲׀E2AO ↓ F̅∆ * Che phũ hữu hiệu ↑ độ bền lk ↑
2. F(1s2 2s2 2p5) ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ F ↑↓ * 2 F(1s2 2s2 2p5) ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ N ─ N σp ↑ ↑ → ↑↓ 2 2 3 ׀N≡N׀ ↑ ↑ ↑ ↓↑ ( N N(1s 2s 2p * 2 2 2 3 N(1s 2s 2p ) ↑↓ ↑ ↑ ↑ Z Z Z Z ↑ ↑↓ ↑ Y Y σy ׀N≡N׀ : N X X X X 2 1 3H(1s ) ↑ ↑ ↑ 1 * NH3: 2 2 3 H(1s ) ↑ N(1s 2s 2p ) ↑↓ ↑ ↑ ↑ * H2O O(1s2 2s2 2p4) ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ H(1s1) ↑ H H N H H O──H Lý thuyết: HNH= 900 nhưnh thực nghiệm= 1070 Lý thuyết: HOH=900 nhưng thực nghiệm:= 104,50 1 ↑ ↑ ↑ ↑ * CH4 4H(1s ) 3. Thuyết lai hóa các AO C(1s2 2s2 2p2)→C*(1s2 2s1 2p3) ↑ ↑ ↑ ↑ Trước khi tạo liên 1 nguyên tử tự che phủ H ckáếct, AO hóa trị →những AO lai (có hình dáng, H kích thước, nănghó lưa ợng hoàn toàn giống nhau). C H Sau đó, nó dùng các AO lai hóa này che phủ với các AO của những nguyên tử khác để tạo liên kết H a. Các trạnαg thái lai hóa: α. Lai hóa sp: 1(s) + 1(p) →2(sp) Lý thuyết: CH4 gồm 2 loại liên kết C─H 3 C─H tạo thành tam diện vuông, C─H thứ tư không định hướng → Thực nghiệm: CH4 có dạng tứ diện đều, góc HCH=109,50
3. Trạng thái lai hóa sp dùng để giải thích cơ cấu của các phân tử thẳng hàng. → Trong hóa hữu cơ, lai hóa sp dùng để giải thích cơ cấu của carbon liên kết ba (C ≡ ) sp sp sp 2 Td: O=C=O ; HC≡CH Trạng thái lai hóa sp dùng để giải thích các phân tử có dạng ∆ hoặc góc. Trong hóa hữu cơ: giải thích cơ cấu của C liên kết đôi (C = ) BF3 β.Trạng thái lai hóa sp2: 1(s) + 2(p) → 3(sp2) Có cơ cấu tam giác đều: tâm là nhân nguyên tử, 3 trục đối xứng của 3(sp3) hướng ra 3 đỉnh của ∆ γ. Trạng thái lai hóa sp3: 1(s) + 3(p) → 4(sp3) Có dạng tứ diện đều,4 trục đx Hướng ra 4 đỉnh của tứ diện đều ε. Trạng thái lai hóa d2sp3 1(s) + 3(p) + 2(d) →6(d2sp3) Trạng thái lai hóa sp3 được dùng để giải thích cơ Có dạng hình 8 mặt (lưỡng tháp đáy hình vuông) cấu của phân tử có dạng tứ diện, tháp tam giác,góc.Trong hóa hữu cơ,dùng để giải thích cơ cấu củ C nối đơn. δ. Trạng thái lai hóa dsp3; 1(s) + 3(p) + 1(d) 5(dsp3) Có dạng hình 5 mặt ( lưỡng tháp đáy tam giác) 4. Dự đoán cơ cấu lập thể của hóa chất ▪ Xác định trạng thái lai hóa của (M) và dạng lập thể x+ y- Xem chất: MLn ; MLn ; Mln ∑ehtlh: ∑Aolh: trạng thái lh dạng lập thể M:nguyên tố trung tâm(ng.tố có lượng ng.tử nhỏ nhất.) 4 2 sp thẳng hàng L: ligand(các ng.tố chung quanh liên kết với M) 2 n; chỉ số ligand ( n ≥ 2) 6 3 sp tam giác; góc X+: điện tích (+) của cation. Y(-): điện tích (-) của anion 8 4 sp3 tứ diện; tháp ∆; góc Để xác định cơ cấu lập thể của hóa chất, ta lần lượt 10 5 dsp3 lưởng tháp đáy ∆ thực hiện các bước sau đây: 12 6 d2sp3 hình bát diện ▪ ∑ehtlh(M) =∑ehtcb(M) + ∑e đóng góp bởi các L (1L góp 1e trừ O;S = 0e) + y(e) nếu là anion - x(e) nếu là cation
4. Td: CO2: C(4 + 2.0 = 4) sp O =C = O 3 CH4 ∑ehtlh = 4 + 4.1= 8 lh sp Blk CH = 1 2.2e Blk=1(σ)+─── (π)= 2 •• 2.2 O ─ C ─ O •• 2- CO 2-: C (4 + 3.0 + 2 =6) sp2 O 3 C O 2 ▪▪ O NO2: ∑ehtlh = 5 + 2.0 = 5 lh sp ▪▪ O • •• ▪▪ 1.2e C O 1.2(e) ▪▪ N O Blk = 1(σ) + ─── (π) = 1,5 O Blk = 1(σ) + ─── (π) = 1,33 O 2.2 3.2 NO - : ∑ehtlh = 5 + 2.0 +1 = 6 lh sp2 3 2 NH3: ∑ehtlh = 5 + 3.1 = 8 lh sp •• Blk = 1 ≡ ≡≡≡≡•• 2.2e ≡ + 3 ••≡ N O Blk = 1(σ) + ─── (π) = 1,5 NH4 : ∑ehtlh = 5 + 4.1 -1 = 8 lh sp O ≡ ≡≡≡ 2.2 ≡ Blk = 1 ≡ - 2 NO3 : ∑ehtlk = 5 + 3.0 +1 = 6 lh sp + NO2 : ∑ehtlh = 5 + 2.0 – 1 = 4 lh sp •• •• •• 2.2e O 1.2e ≡≡≡ •• N──O O───N───O Blk = 1(σ) + ─── (π) = 2 Blk = 1(σ) + ───(π) 2.2 O 3.2 •• ≡≡≡ = 1,33 3 SO : ∑ehtlk = 6 + 3.0 = 6 sp2 H2O : ∑ehtlh = 6 + 2.1 = 8 sp 3 •• ≡ O ≡≡•• ≡ 1.2e ••≡≡ S──O ≡ Blk = 1(σ) + ─── (π) = 1,33 O ≡ ≡≡ ≡≡ 3.2 2 SO2: ∑ehtlh = 6 + 2.0 = 6 lh sp 2- 3 SO3 :∑ehtlh = 6 + 3.0 +2 =8 lh sp •• ≡≡•• 1.2e •• ≡ ••≡ S──O Blk = 1(σ) + ── (π) = 1,5 O ≡ ≡≡ 2.2 ≡
5. 2- 3 SO4 : ∑ehtlh = 6 + 4.0 + 2 = 8 lh sp 5. Tính chất: a. Cộng hóa trị của 1 nguyên tố là số liên kết cộng 2- hóa trị xuất phát từ nguyên tố đó. O Td: H─O─H {cht(H) = 1; cht(O) = 2 } S b. Bán kính của 1 nguyên tố: là ½ độ dài liên kết O O đơn tạo bởi 2 nguyên tử của nguyên tố đó. O Td: N─N có dN-N = 1,45 A rN = 1,45/2 =0,725Ac. Góc liên kết: PCl5 : ∑ehtlh = 5 + 5.1 =10 Gọi: AO liên kết là L; AO không liên kết chứa 2e lh dsp3 là K; AO không liên kết chứa 1e là K(1) so sánh lực đẩy: KK> KL> LL> K(1)L d. Lkcht có tính bão hòa, định hướng, có thể không Trường hợp phân tử nhiều nguyên tử:MLn mỗi liên kết phân cực hoặc phân cực. M─L có 1 gía trị μML μMLn = hợp lực của nμML Lk: AB có │χA – χB │= 0 AB không phân cực; μAB =0 Td: NH3 và NF3 Td: H2 có μ = 0 • • Nếu: 0 χ d F H H──HF F CH4 có μ = 0 μHF= 4,8.dHF.δ (Deby) μ↑ độ phân cực ↑ III. LIÊN KẾT ION Td: 1. Nguyên tắc: A + B nếu│χA - χB│≥ 1,7 lk ion n- A + ne → A n- m+ χA > χB mA + nB →A B B → Bm+ + me m n Các ion An- và Bm+ phải có cấu hình e bền * Cấu hình e bền của các ion: ▪ cơ cấu 8e :( .ns2 np6) thường gặp ở p.nh chánh A ▪ Cơ cấu 18e ( .ns2 np6 nd10) gặp ở p.nh phụ B ▪ Cơ cấu ns2 ( .ns2) (thường gặp ở các nguyên tố thuộc chu kỳ lớn phân nhóm IVA , VA)
6. 2. Tính chất: b. Tính cộng hóa trị của liên kết ion ( tính ion a. Bán kính ion: của liên kết cộng hóa trị). • m(+) ↑ Xem phân tử AB: A-B+ Cation Mm+ có tính phân cực↑khi Tính • rM+ ↓ cht ↑ - rA- > rA A + e → A dAB= rA- + rB+ Tính + Anion An- có tính bị phân cực ↑ khi • n(-) ↑ B→ B +e rB+ N O O N O
7. γ. Độ tan * Lực định hướng: Chất nào cho được l.k(H) l.p.t với dung môi càng Được tạo thành bởi các phân tử luôn phân cực. mạnh thì tan càng nhiều trong dung môi đó. Td: C2H5OH tan trong H2O tốt hơn CH3OCH3 ≡ b. Lực Van Der Walls (VDW) Là lực liên phân tử, được tạo thành gữa các * Lực cảm ứng: phân tử trung hòa, lực VDW được dùng để giải Được tạo thành bởi 1 phân tử phân cực và 1 phân thích sự có thể hóa lỏng của chất khí, hoặc có tử không phân cực. thể đông đặc của chất lỏng. α. Phân loại: H H H H Lực VDW gồm các loại: * Lục khuếch tán. β. Tính chất Tạo thành bởi các chất không phân cực Chất nào cho lực VDW↑ to , to ↑ He * s nc o o . Td: F2 Cl2 Br2 I2 t s , t nc ↑ • . • : • : * Các chất có độ phân cực giống nhau hòa μ=0 μ≠0 tan tốt vào nhau, và ngược lại. Lục định hướng > lực cảm ứng > lực khuếch tán μ↑ Td: HCl hòa tan trong H2O tốt hơn CH4 Lực VDW↑ r(phân tử)↑ CH4 hòa tan trong CCl4 tốt hơn HCl M↑