chương 4 liên kết hóa học và cấu tạo phân tử phương pháp orbital phân tử

Chương 4:
LIÊN KẾT HÓA HỌC VÀ CẤU TẠO
PHÂN TỬ
PHƯƠNG PHÁP ORBITAL PHÂN TỬ


PHƯƠNG PHÁP ORBITAL PHÂN TỬ (MO)
• Phương pháp này do hai nhà bác học Friedrich
Hund và Robert S. Mulliken đưa ra (1927-1928).
Khởi điểm khảo sát với trường hợp ion H2+ thay vì
H2 phân tử .
• Trong trường hợp này hàm số sóng được xác định
như sau:
•

Ψ[H2+]= C1Ψa+ C2Ψb

• Giải phương trình sóng Schrodinger trên cũng cho
hai lời giải:
•

C1=C2 và C1=-C2


PHƯƠNG PHÁP ORBITAL PHÂN TỬ (MO)
• Tức là ta có:
•

ΨS = CS(Ψa+ Ψb), là hàm sóng biểu diễn các OP
liên kết.

•

ΨA = CA(Ψa - Ψb), là hàm sóng biểu diễn các
OP phản liên kết.

• OP liên kết có năng lượng thấp hơn OP phản liên
kết.


Các luận điểm cơ sở của phương pháp MO
•Phân tử là tổ hợp bao gồm các hạt nhân ng tử
và electron của các ng tử, trong đó electron
chuyển động trong trường hạt nhân và electron
còn lại. Các hạt nhân và electron là của chung
phân tử.
•Trong phân tử, các electron phân bố theo quy
luật giống như AO.
•MO tạo thành do sự tổ hợp tuyến tính của các
AO. Số MO tạo thành bằng số AO.


Các luận điểm cơ sở của phương pháp MO
•Sự tổ hợp tuyến tính + các ON  tạo thành MO
liên kết có năng lượng thấp hơn ON ban đầu.
•Sự tổ hợp tuyến tính - các ON  tạo thành MO
phản liên kết có năng lượng cao hơn ON ban đầu
•EOP liên kết < Exuất phát < EOP phản liên kết
•Ví dụ:
AO + AO → MO liên kết (σ, π…), EMO < EAO
AO - AO → MO phản liên kết (σ* ,π* …), E MO* > EAO

AO

→ MO không liên kết (σ0, π0 …), EMOo = EAO


SỰ TẠO THÀNH MO


Các luận điểm cơ sở của phương pháp MO
• Liên kết trong phân tử được xác định bằng số e
liên kết không bị triệt tiêu bởi e phản liên kết (một
e phản liên kết triệt tiêu một e liên kết).
•

Bậc liên kết = [∑elk - ∑eplk]/2

• Liên kết có tên gọi của OP chứa elk không bị triệt
tiêu.



ĐIỀU KIỆN TẠO THÀNH MO

•Các MO phải gần nhau về năng lượng.
•Các MO phải che phủ nhau đáng kể.
•Các MO phải đối xứng nhau đối với
đường liên kết trong phân tử.
•Mỗi MO chỉ chứa tối đa 2 e có spin đối
nhau.

CÁC ĐẶC TRƯNG LIÊN KẾT MO
 Lk được quyết định bởi các e lk mà không bị
triệt tiêu.
 Một bậc lk ứng với một cặp e lk không bị triệt
tiêu
 Cho lk 2 tâm: Bậc lk
 Tên của lk được gọi bằng tên của cặp e lk
không bị triệt tiêu
 Bậc lk tăng thì năng lượng lk tăng cịn độ dài lk
giảm


MƠ TẢ CẤU TẠO PHÂN TỬ THEO PHƯƠNG
PHÁP MO
•Xác định các MO.
•Sắp xếp theo mức năng lượng tăng dần.
•Sắp xếp electron vào các MO
•Xét các đặc trưng liên kết


SỰ TẠO THÀNH MO

•Các phân tử hai nguyên tử cùng loại của các ng
tố chu kỳ I.
•Các phân tử hai nguyên tử cùng loại của các ng
tố chu kỳ II.
•Các phân tử hai nguyên tử khác loại của các ng
tố chu kỳ II.
•Các phân tử nhiều nguyên tử.

PHƯƠNG PHÁP ORBITAL PHÂN TỬ (MO)


PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ I
•Ví
dụ:H2

Các OP tạo thành từ các ON 1s trong đó có
1 OP σ1s plk (σ*) có năng lượng cao hơn
OP σ1s lk (σ) .
MO

AO
H

AO

1s

1s

Năng lượng
H2 : [(σ1s)2] Bậc liên kết = 1

H


PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ I

•Ví dụ: He2
AO
He

MO AO
He2 He

1s

1s

Năng lượng
He2:[(σ1s)2(σ1s*)2] Bậc liên kết = 0


PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ I
•Ví dụ: He2+

1s

1s

Năng lượng

He2+:[(σ1s)2(σ1s*)1]

Bậc liên kết = ½


PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ I

PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
Ngoài AO 1s còn có 4 AO 2s, 2px,2py,2pz , do đó bên
cạnh liên kết σ còn tạo liên kết π.
Do sự sai khác về năng lượng nên sự che phủ chỉ xảy
ra giữa các ON s với nhau và p với nhau.
Tức là từ 10 ON tổ hợp tuyến tính tạo 10 OP, ở đây
các OP 1s đã điền đầy và được xác định như các
nguyên tố chu kỳ 1 nên chỉ xét từ các ON lớp 2.


PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
1s ± 1s

→ σ1s , σ1s*

2s ± 2s → σ2s , σ

*
2s

Trục x là trục
liên nhân

2px ± 2px → σ2px , σ2px*
2py ± 2py → π2py , π2py*
2pz ± 2pz → π2pz , π2pz*
•Từ 10 ON tổ hợp tuyến tính tạo 10 OP, các OP 1s đã
điền đầy và được xác định như các nguyên tố chu kỳ 1

nên chỉ xét từ các ON lớp 2.


PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
OP
của
các
ON 2p


PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
 Các phân tử của nguyên tố cuối chu kỳ (O2 – Ne2)
 Các phân tử của nguyên tố đầu chu kỳ (từ Li2 – N2)
 Các phân tử hai nguyên tử khác loại của những
nguyên tố chu kỳ 2


PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
 Các phân tử của nguyên tố cuối chu kỳ (O2 – Ne2):
Do bán kính ng tử nhỏ nên khơng có xáo trộn năng
lượng.
 Các phân tử của nguyên tố đầu chu kỳ (từ Li2 –
N2): Do có bán kính ng tử lớn nên có xáo trộn năng
lượng do tương tác đẩy giữa các cặp MO: (σ2s σ2s*)
<=> (σx σx*).
 Các phân tử hai nguyên tử khác loại: Các MO tạo
thành tương tự trường hợp phân tử 2 nguyên tử cùng
loại chu kỳ 2. Chỉ cần có một ngun tử có bán kính
lớn (Li → N) thì phân tử có xáo trộn năng lượng.

PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II

Chu kỳ 2 Li
E2p-E2s
=∆E [eV]

Be

1,85 2,73

B

C

3,75

4,18

N

O

F

10,9 15,6 20,8


PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
Khi mức năng lượng 2s và 2p cách xa nhau (s và

p ảnh hưởng yếu, đối với các nguyên tố cuối chu
kỳ có độ âm điện lớn, O, F và Ne) các OP phân
bố theo chiều tăng dần năng lượng như sau.


PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II

Ví dụ: phân tử O2
O: 2s2 2p4