BAI5-liên kết hoá học và ctpt.ppt

HUI© 2006General Chemistry:Slide 1 of 48
HÓA ĐẠI CƯƠNG
Chương 4:Liên kết hóa học và cấu tạo pt
(TIẾP THEO)
HUI© 2006General Chemistry:Slide 2 of 48
4.3.3 Phương pháp orbital phân tử (MO)
.
HUI© 2006General Chemistry:Slide 3 of 48
1. Luận điểm cơ bản của phương pháp MO
•
Trong phân tử, tính độc lập của cac nguyên tử không
còn tồn tại mà là một tổ hợp thống nhất bao gồm các hạt
nhân nguyên tử và các e của các nguyên tử tạo thành
phân tử, trong đó mỗi e chuyển động trong trường tác
dụng của các hạt nhân và các e còn lại. Hay nói cách
khác phân tử có thể coi là nguyên tử đa nhân phức tạp
•
Phân tử có cấu trúc orbital như nguyên tử, nghĩa là trong
phân tử các e được đặc trung bởi orbital phân tử MO
tương ứng với hàm sóng xác định.
•
Các MO được tạo thành từ sự tổ hợp tuyến tính ( tổ hợp
cộng và trừ) của các AO. Trong AO, các e được đặc
trưng bằng các số lượng tử và tương ứng với các AO có
tên s, p, d, f … thì trong MO e đặc trưng bởi bộ các số
lượng tử và tương ứng với các MO có tên σ, π,δ,φ….
HUIâ 2006General Chemistry:Slide 4 of 48

Vic in cỏc e vo MO tuõn theo nguyờn lý bn vng,
nguyờn lý Pauli, quy tỏc Hund tng t nh AO.

C n AO t hp li cho n MO. Cỏc AO c s dng t hp
phi tha món cac iu kin sau:
+ Cú E gn bng nhau
+ Cú mc che ph ỏng k
+ Cú tớnh i xng ging nhau i vi trc ni hai ht nhõn
nguyờn t

Ch cỏc AO cú tớnh i xng ging nhau mi cú kh nng
xen ph vi nhau to thnh mt MO liờn kt hoc phn liờn
kt tu thuc vo min ca chỳng vựng xen ph. i vi
cỏc AO khụng cú tớnh i xng nhau thỡ khụng xen ph (S=0)
khi ú ta cú MO khụng liờn kt
2
keỏtlieõnphaỷnelectronSoỏkeỏtlieõnelectronSoỏ
keỏtlieõnBaọc

=
HUI© 2006General Chemistry:Slide 5 of 48
2. Thuyết MO đối với phân tử H
2
+
, H
2
, He
2
+
và He
∑
=
φ=ψ

N
1i
ii
c
( )
AB
S12
1
+
=
+
N
2 AOs (φA,φB) ⇒ 2 MOs (ψ+,ψ−)
ψ
+
= N
+
(φ
A
+ φ
B
)MO liên kết
ψ
−
= N
−
(φ
A
− φ
B

) MO phản liên kết
( )
AB
S12
1
−
=
−
N
e
H
A
H
B
R
AB
r
A
r
B
HUI© 2006General Chemistry:Slide 6 of 48
Về năng lượng
•
Từ phương trình Ĥ ψ= E ψ, nhân 2 vế với ψ rồi tích phân toàn
không gian và từ điều kiện chuẩn hoá của hàm ψ ta có kết quả
+ E
+
= α + β,
+ E
-

= α – β,
( α và β <0)
•
Trong đó
α: tích phân coulomb bằng năng lượng của e ở AO 1s và bằng
năng lượng H ở trạng thái cơ bản,
β: tích phân trao đổi là năng lượng tương tác của 2 AO 1s
a
và
1s
b
HUI© 2006General Chemistry:Slide 7 of 48
Phân tử H
2
+
MO liên kết
MO phản liên kết
HUI© 2006General Chemistry:Slide 8 of 48
Sự tổ hợp các orbital nguyên tử
Ψ
1
= φ
1
+ φ
2
Ψ
2
= φ
1
- φ

2
Tổ hợp cộng
Tổ hợp trừ
MO liên kết
MO phản liên kết
HUI© 2006General Chemistry:Slide 9 of 48
Chu kỳ 1: H
2
+
, H
2
, He
2
+
, He
2
.
Các ngtố thuộc chu kỳ 1 chỉ có 1 lớp lượng tử 1s do vậy
sự tổ hợp tuyến tính của 2 ngtử cho ta 2 MO σ
1s
và σ
1s
*
Cấu hình ion phân tử: H
2
+
(1e) : (σ
1s
lk
)

1

H
2
(2e) : (σ
1s
lk
)
2

He
2
+
(3e): (σ
1s
lk
)
2
(σ
1s
*
)
1

He
2
(4e) : (σ
1s
lk
)

2
(σ
1s
*
)
2
3. Phân tử 2 ngtử đồng hạch A2
HUI© 2006General Chemistry:Slide 10 of 48
MO phân tử H
2
HUI© 2006General Chemistry:
H
.
H
.
H H
.
.
H H
H H
Liên kết
Phản Liên kết
σ
σ∗
1s
1s
MO phân tử hiđro
HUI© 2006General Chemistry:Slide 12 of 48
Bậc LK = (1-0)/2 = ½
H

2
+
Bậc LK = (2-0)/2 = 1
H
2
Bậc LK = (2-1)/2 = ½
He
2
+
Bậc LK = (2-2)/2 = 0
He
2
Bậc LK = (e
-
LK
- e
-
phản LK
)/2
Năng lượng
Năng lượng
HUI© 2006General Chemistry:Slide 13 of 48
Sự tổ hợp
MO H
2
+
H
2
He
2

+
He
2
σ
1s
*
↑ ↑↓
σ
1s
lk
↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓
Baäc lieân
keát
0,5 1 0,5 0
HUI© 2006General Chemistry:Slide 14 of 48
Chu kỳ 2:
Mỗi ngtử của ngtố thuộc chu kỳ 2 chứa tối
đa 5 orbital. 1 orbital 1s, 1 orbital 2s và 3
orbital 2p. Như vậy sự tổ hợp tuyến tính 5
orbital này tạo nên 10 MO khác nhau gồm
σ
1s
, σ
*
1s
, σ
2s
, σ
*
2s

, σ
2px
, σ
*
2px
, π
2py
, π
*
2py
, π
2pz
,
π
*
2pz

HUI© 2006General Chemistry:Slide 15 of 48
HUI© 2006General Chemistry:Slide 16 of 48
HUI© 2006General Chemistry:Slide 17 of 48
•
Các ngtố đầu chu kỳ (Li, B, C, N) cấu
hình ion phân tử bố trí như sau:
∀
σ
1s
< σ
1s
∗ < σ
2s

<σ
2s
∗ < π
2pz
= π
2py
< σ
2px
<
π*
2pz
= π*
2py
< σ*
2px
•
Đối với các nguyên tố cuối chu kì (O, F,
Ne)
∀
σ
1s
< σ
1s
∗ < σ
2s
<σ
2s
∗ < σ
2px
< π

2pz
= π
2py
<
π*
2pz
= π*
2py
< σ*
2px
HUI© 2006General Chemistry:Slide 18 of 48

Giản đồ năng lượng các phân tử đầu chu kỳ
σ
2s
↑↓
↑↓
σ
2s
*
↑↓
σ
2px
↑↓
π
2pz
↑↓
π
2py
↑↓

π
2pz
*
↑↓
π
2py
*
↑↓
σ
2px
*
↑↓
2s
↑↓ ↑↓ ↑↓
2p
↑↓ ↑↓ ↑↓
2p
↑↓
2s
E
HUI© 2006General Chemistry:Slide 19 of 48
Sự phân bố các e hóa trò trên các MO
MO Li
2
B
2
C
2
N
2

+
N
2
σ
*
2px
π
*
2pz
= π
*
2py
σ
2px
↑ ↑↓
π
2pz
= π
2py
↑ ↑

↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
σ
2s
∗
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
σ
2s
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
B

lk
1 1 2 2,5 3
d
lk
(A
0
) 2,67 1,59 1,24 1,12 1,1
E
lk
(kJ/mol) 105 289 599 828 940
HUI© 2006General Chemistry:Slide 20 of 48
Giản đồ năng lượng các phân tử cuối chu kỳ
σ
2s
σ
2s
*
σ
2px
π
2pz
π
2py
π
2pz
*
π
2py
*
σ

2px
*
2s
2p
2p
2s
E
HUI© 2006General Chemistry:Slide 21 of 48
Sự phân bố các e hóa trò trên các MO
MO O
2
+
O
2
O
2
-
F
2
Ne
2
σ
*
2px
↑↓
π
*
2pz
= π
*

2py
↑ ↑ ↑

↑↓ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
π
2pz
= π
2py
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
σ
2px

↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
σ
2s
∗
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
σ
2s
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
B
lk
2,5 2 1,5 1 0
d
lk
(A
0
) 1,12 1,21 1,26 1,41
-
E

lk
(kJ/mol) 629 494 328 154
-
HUI© 2006General Chemistry:Slide 22 of 48
Ví dụ MO của phân tử O
2
HUI© 2006General Chemistry:Slide 23 of 48

Phân tử 2 ngtử dò hạch AB
Tương tự như phân tử hai nguyên tử
đồng hạch sự tổ hợp tuyến tính 5 obital
này cũng tạo nên 10 MO khác nhau
gồm
σ
1s
, σ
*
1s
, σ
2s
, σ
*
2s
, π
2pz
, π
2py
, σ
2px
, π

*
2pz
,
π
*
2py
, σ
*
2px

HUI© 2006General Chemistry:Slide 24 of 48
MO BN BO CO
+
CO NO
+
NO
π
*
2px
π
*
2pxz
=
π
*
2py
↑
σ
2px
↑ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓

π
2pz
=
π
2py
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
σ
2s
∗
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
σ
2s
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
B
lk
2 2,5 2,5 3 3 2,5
HUI© 2006General Chemistry:Slide 25 of 48