chương 4 liên kết hóa học và cấu tạo phân tử

Chương 4:

LIÊN KẾT HÓA HỌC VÀ
CẤU TẠO PHÂN TỬ

1


Sự hình thành các liên kết hóa học
 Khi các ng.tử ở thật xa nhau tiến đến gần nhau
tương tác đầu tiên xuất hiện là lực hút, đến một
khoảng cách nhất định bắt đầu xuất hiện tương
tác đẩy, khi có sự cân bằng giữa hai lực thì liên
kết hóa học hình thành.
 Liên kết hóa học hình thành tương ứng với các
nguyên tử phải sắp xếp lại cấu trúc e các phân
lớp ngoài cùng sao cho đạt tổng năng lượng
chung của hệ phải nhỏ thì liên kết mới bền,
nghĩa là khi có sự tạo thành liên kết thì q trình
phát nhiệt (ΔH < 0)
2


Liên kết cộng hóa trị
Đường cong thế năng của nguyên tử Hydro

3


Sự hình thành các liên kết hóa học

 Bản chất liên kết: lực tương tác giữa các hạt
nhân (+) và electron (-).
 Electron thực hiện liên kết hóa học là những
electron ở phân lớp ngoài cùng: ns, np, (n-1)d,
(n-2)f.

4


Sự hình thành các liên kết hóa học
 Theo cơ học lượng tử, nghiên cứu liên kết là
nghiên cứu sự phân bố mật độ e trong trường
hạt nhân của các ngun tử tạo nên hợp chất.
 Những thơng số chính đặc trưng cho phân tử và
cho liên kết:
 Độ dài liên kết
 Góc hóa trị
 Năng lượng liên kết.

5


Độ dài liên kết
• Độ dài liên kết: khoảng cách giữa 2 hạt nhân
của các nguyên tử tương tác với nhau.
Cơng thức gần đúng: dA-B=rA+rB
Nếu A, B có độ âm điện khác nhau:
dA-B=rA+rB-0.09χA-χB

6

Góc hóa trị
• Góc hóa trị: là góc tạo thành bởi hai đoạn thẳng
nối hạt nhân nguyên tử trung tâm với hai hạt
nhân ngun tử liên kết.
• Góc hóa trị thay đổi có qui luật và phụ thuộc vào:
– Bản chất nguyên tử.
– Kiểu liên kết.
– Dạng hình học phân tử.
– Tương tác đẩy giữa các đôi electron liên kết
và không liên kết trong phân tử.
7


Góc hóa trị

8


Góc hóa trị

9


Góc hóa trị

10

Góc hóa trị

11


Năng lượng liên kết
 Năng lượng liên kết: là năng lượng cần tiêu
tốn để phá hủy liên kết (hay là năng lượng giải
phóng ra khi tạo thành liên kết).
 Năng lượng liên kết đặc trưng cho độ bền liên
kết.
 Năng lượng liên kết phụ thuộc vào độ dài liên
kết, độ bội liên kết, độ bền liên kết.
A-B(k) +EA-B  A(k) + B(k), EA-B=EphânlyA-B
ABn(k) +EABn  A(k) + nB(k), EA-B=(1/n)EABn
12


Năng lượng liên kết
Ví dụ:
• Đối với H2:
Ephân li =Elk H-H = 431.4kj/mol
• Đối với H2O:
ElkTB O-H =1/2Epl H2O = 919.6/2 = 459.8kj/mol

13


Các khái niệm cơ bản
Độ bội liên kết

• Độ bội liên kết: là số liên kết được hình thành
giữa hai nguyên tử trong liên kết.
– Ví dụ: C – C ñoä boäi 1, C ≡ C ñoä boäi 3.

14


Các loại liên kết hóa học
 Liên kết cộng hóa trị -Covalent bond: là kết
quả của việc chia ghép electron giữa các
nguyên tử, thường gặp giữa các phi kim.
 Liên kết ion-Ionic bond: là kết quả của việc
chuyển electron từ kim loại sang phi kim.
 Liên kết kim loại-Metalic bond: là lực hút giữa
các nguyên tử kim loại tinh khiết với nhau.
 Liên kết hydro-Hydrogen bond: Là lực tương
tác đăc biệt tồn tại giữa 1 nguyên tố có độ âm
điện lớn và hydro.
15


Liên kết cộng hóa trị

 Phương pháp Heitler-London (Phương pháp
VB) Còn gọi là phương pháp cặp electron.
Phương pháp này dựa trên cơ sở nghiên cứu
sự hình thành H2.
 Thuyết orbital phân tử (MO : molecule orbital)
(Mulliken):

16


Liên kết cộng hóa trị VB
Liên kết cộng hóa trị
Nghiên cứu LK cộng hóa trị dựa trên cơ sở
+
Ha
nghiên cứu sự hình thành H2.
r
r
r
•Khi 2 ng tử ở xa nhau:
ψ1= ψa1ψb2
e1
•Khi 2 ng tử ở gần nhau xuất hiện
• các tương tác (Ha-e2, Hb-e1):
ψ2= ψa2ψb1
PT sóng đối với hệ H2:
ψ H2= C1ψ a1ψ b2 + C2ψ a2ψ b1
(4.8)
a2

a1

17

+

b2

rb2

e2

Hb


Liên kết cộng hóa trị VB

Giải PT sóng (4.8):
ψs= Cs(ψa1ψb2 +ψa2ψb1)
ψA= CA(ψa1ψb2 _ψa2ψb1)
ψs là hàm đối xứng (2 electron có spin ngược
nhau).
ψA là hàm bất đối xứng (2 electron có spin giống
nhau).

18


Liên kết cộng hóa trị VB
-Hàm ψ s: Tương ứng với 2 e trao đổi có spin
ngược dấu nhau nên hút nhau làm mật độ e trong
vùng không gian giữa hai hạt nhân tăng lên → lực
hút gia tăng nên liên kết được hình thành.
-Hàm ψ A: Tương ứng với 2 e trao đổi có spin cùng
dấu nhau nên đẩy nhau làm mật độ e trong vùng
không gian giữa hai hạt nhân triệt tiêu → nên liên
kết khơng hình thành.

19


Liên kết cộng hóa trị VB
Một số điểm cơ bản của phương pháp VB:
- LK CHT hình thành trên cơ sở cặp electron ghép
đôi, spin ngược nhau và thuộc về đồng thời cả hai
ng tử tương tác.  LKCHT còn gọi là LK 2 tâm.
- LK CHT hình thành do sự che phủ lẫn nhau giữa
các orbital hóa trị.
- LK CHT càng bền khi độ che phủ càng lớn. Độ che
phủ phụ thuộc vào kích thước, hình dạng các orbital
và hướng che phủ.

20


Liên kết cộng hóa trị VB
 Liên kết cộng hố trị là loại liên kết bằng cặp
eletron ghép đôi.
 Cặp electron ghép đôi được gọi là cặp electron
liên kết.
 Khi hai nguyên tử liên kết với nhau bằng 1 cặp
electron chung-liên kết đơn, 2 cặp e chung- liên
kết đôi, 3 cặp electron-liên kết 3.
 Số liên kết giữa 2 nguyên tử gọi là bậc liên kết

21

Liên kết cộng hóa trị VB

 LK CHT có thể biểu diễn bằng dấu “:” hoặc dấu
“-”
 Ví dụ:

22


Liên kết cộng hóa trị VB
Cơ chế tạo liên kết CHT:


Cơ chế ghép đơi (góp chung)



Cơ chế cho nhận

23


Liên kết cộng hóa trị VB
Cơ chế góp chung:
Là sự góp chung 2 electron độc thân có
spin ngược nhau của 2 ng tử tương tác,
trong đó mỗi ng tử góp 1 electron. Số LK
CHT bằng số electron ghép đơi.
Nói cách khác: LK CHT được tạo thành do sự

che phủ cặp đơi 2 AO hóa trị 1 e- cuả 2 ng tử
tương tác.
24


Liên kết cộng hóa trị VB

25