Bài giảng hóa đại CƯƠNG 1 chương 10 TƯƠNG tác GIỮA các PHÂN tử

Chương 10 TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC PHÂN TỬ
HOÁ ĐẠI CƯƠNG 1
78

CHƯƠNG 10 TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC PHÂN TỬ

Giữa nguyên tử này và nguyên tử khác trong một phân tử có lực liên kết mạnh để hình
thành phân tử là liên kết cộng hoá trị hay liên kết ion - Năng lượng của các liên kết này lớn
hơn 200kJ/mol. Giữa các phân tử vẫn có liên kết, nhưng yếu hơn nhiều thường nhỏ hơn
10kJ/mol, đó là lực Vander Walls, liên kết H.

10.1.LỰC VANDER WALLS :
Lực giữa các phân tử cũng là lực tĩnh điện Coulomb. Vì các electron của một phân tử
nào đó ngoài việc có liên kết mạnh mẽ bởi các nhân trong phân tử, nó vẫn bị hút yếu bởi các
hạt nhân của các phân tử bên cạnh, đồng thời các electron cũng như các hạt nhân của các phân
tử cạnh nhau thì đẩy nhau.
Người ta gọi tương tác giữa các phân tử là lực Vander Walls để nhớ đến nhà Bác học Hà
Lan, người đầu tiên tìm cách giải thích lực giữa các phân tử một cách định lượng phụ thuộc
vào tương tác ban đầu mà người ta gọi 3 loại lực Vander Walls.
10.1.1.Lực định hướng :
Lực này gây ra bởi các phân tử có momen lưỡng cực
µ
0
≠
. Phân t
ử
t
ồ
n t
ạ
i d

ướ
i d
ạ
ng
l
ưỡ
ng c
ự
c, nên các c
ự
c cùng d
ấ
u
đẩ
y nhau, các c
ự
c khác d
ấ
u hút nhau, vì v
ậ
y các phân t
ử

đượ
c s
ắ
p x
ế
p theo m
ộ

t h
ướ
ng nh
ấ
t
đị
nh (
để
n
ă
ng l
ưỡ
ng c
ự
c ti
ể
u) và n
ă
ng l
ượ
ng c
ủ
a nó :

6
4
3
2
kTr
E

đh
µ
−=
(do Keesom tìm ra).
V
ớ
i :
:
µ
Momen l
ưỡ
ng c
ự
c c
ủ
a phân t
ử
; k : H
ằ
ng s
ố
Boltzmann
k
123
10.38066,1
−−
== JK
N
R
A

; T : Nhi
ệ
t
độ
Kelvin ; r : Kho
ả
ng cách gi
ữ
a 2 phân t
ử
.
Nhìn vào bi
ể
u th
ứ
c ta th
ấ
y rõ là : L
ự
c
đị
nh h
ướ
ng t
ỷ
l
ệ
v
ớ
i momen l

ưỡ
ng c
ự
c và khi
nhi
ệ
t
độ
t
ă
ng thì l
ự
c
đị
nh h
ướ
ng gi
ả
m d
ầ
n, nh
ấ
t là ph
ụ
thu
ộ
c vào kho
ả
ng cách, nh
ư

v
ậ
y l
ự
c
đị
nh h
ướ
ng có tác d
ụ
ng trong kho
ả
ng cách ng
ắ
n.

10.1.2.Lực cảm ứng :
L
ự
c này
để
gi
ả
i thích t
ươ
ng tác gi
ữ
a phân t
ử
có c

ự
c v
ớ
i phân t
ử

không c
ự
c. Khi phân t
ử
không c
ự
c l
ạ
i g
ầ
n phân t
ử
có c
ự
c, d
ướ
i tác d
ụ
ng
đ
i
ệ
n tr
ườ

ng c
ủ
a phân
t
ử
có c
ự
c, phân t
ử
không c
ự
c s
ẽ
b
ị
phân c
ự
c, t
ứ
c là phân t
ử
không c
ự
c s
ẽ
xu
ấ
t hi
ệ
n momen

l
ưỡ
ng c
ự
c d
ướ
i tác d
ụ
ng c
ủ
a tr
ườ
ng phân t
ử
có c
ự
c lân c
ậ
n.
Kh
ả
n
ă
ng phân c
ự
c c
ủ
a phân t
ử
d

ướ
i tác d
ụ
ng c
ủ
a
đ
i
ệ
n tr
ườ
ng ngoài g
ọ
i là
độ
phân
c
ự
c
α
- là b
ằ
ng
độ
bi
ế
n d
ạ
ng t
ươ

ng
đố
i c
ủ
a phân t
ử
. Theo Debye :
6
2
2
r
E
cu
αµ
−=

So sánh 2 bi
ể
u th
ứ
c ta th
ấ
y l
ự
c c
ả
m
ứ
ng nh
ỏ

h
ơ
n l
ự
c
đị
nh h
ướ
ng.
10.1.3.Lực khuyếch tán :
Các phân t
ử
không phân c
ự
c, nh
ư
ng do các electron chuy
ể
n
độ
ng không ng
ừ
ng, trong
m
ộ
t th
ờ
i
đ
i

ể
m nào
đ
ó m
ậ
t
độ

đ
i
ệ
n tích
ở
n
ơ
i này cao h
ơ
n n
ơ
i khác làm phân t
ử
tr
ở
thành b
ấ
t
đố
i x
ứ
ng - nh

ư
v
ậ
y
đ
ã tr
ở
thành l
ưỡ
ng c
ự
c t
ứ
c th
ờ
i. L
ưỡ
ng c
ự
c t
ứ
c th
ờ
i này s
ẽ
c
ả
m
ứ
ng phân

t
ử
lân c
ậ
n, d
ẫ
n
đế
n m
ộ
t tr
ườ
ng
đồ
ng b
ộ
cho toàn h
ệ
- Hi
ệ
u
ứ
ng này g
ọ
i là l
ự
c khuy
ế
ch tán do
London

đư
a ra vào n
ă
m 1930 b
ằ
ng h
ệ
th
ứ
c :
6
2
4
3
r
h
E
o
kt
να
−=

V
ớ
i
2
o
h
ν
là n

ă
ng l
ượ
ng dao
độ
ng c
ủ
a các nguyên t
ử

ở
0K v
ớ
i t
ầ
n s
ố

o
ν
;
α
: h
ệ
s
ố
phân c
ự
c trung bình
Chương 10 TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC PHÂN TỬ

HOÁ ĐẠI CƯƠNG 1
79

Lực khuyếch tán này rất yếu, nó dễ bị phá vỡ dưới tác dụng của chuyển động nhiệt. Nếu
giữa các phân tử chỉ có lực khuyếch tán thì nhiệt độ hoá lỏng và nhiệt độ đông đặc sẽ rất thấp.
Như ta thấy trên cả 3 biểu thức của lực Vander
Walls, năng lượng hút E
h
đều tỷ lệ nghịch với luỹ thừa sáu
khoảng cách giữa các phân tử, nên lực Vander Walls chỉ
có tác dụng khi các phân tử nằm gần nhau - Khi khoảng
cách tăng lên gấp 2 lần thì năng lượng tương tác giảm đi
64 lần.
Nếu chỉ tồn tại các lực hút Vander Walls thì không
thể giải thích sự tồn tại khoảng cách cân bằng giữa các
phân tử. Như vậy phải có lực đẩy giữa các phân tử. Lực
đẩy chỉ xuất hiện giữa các phân tử khi chúng tiếp xúc với
nhau - Khi đó lớp vỏ electron của các phân tử bắt đầu đẩy
nhau. Năng lượng đẩy E
đ
được tính theo hàm số mũ :
ar
đ
beE
−
= (trong đó a, b là các hằng số, phụ thuộc vào bản
chất của mỗi phân tử) và khoảng cách cân bằng giữa lực
Vander Walls và lực đẩy vào khoảng 4-7
o
A

- lúc bấy giờ
năng lượng của hệ cực tiểu. Năng lượng toàn phần của hệ
sẽ là : E
t
= E
h
+ E
đ

10.1.4.Ảnh hưởng của liên kết Vander Walls đến tính chất các chất :
Ảnh hưởng đầu tiên ta có thể dễ dàng thấy ngay được là độ sôi và độ nóng chảy.
Lực Vander Walls càng mạnh thì các phân tử càng gần nhau - đó là điều kiện đầu tiên
để cho chất ở trạng thái rắn. Vì vậy khi lực Vander Walls càng mạnh thì độ sôi và độ nóng
chảy càng cao. Lực Vander Walls càng mạnh khi phân tử có cực hoặc dễ bị phân cực - mà dễ
bị phân cực khi kích thước (thể tích) của phân tử càng lớn - Vì vậy người ta thường nói : độ
sôi, độ nóng chảy của chất tỷ lệ với khối lượng mol của phân tử (vì thông thường thể tích tỷ lệ
thuận với số electron - Vì vậy tỷ lệ với khối lượng mol).
Liên kết Vander Walls còn dùng để giải thích hiện tượng hấp thụ vật lý gây nên sự gắn
kết giữa chất rắn (như Ni, Pt, Pd, ) với chất khí.
10.2.LIÊN KẾT HIDRO :

- Người ta nhận thấy NH
3
, H
2
O, HF có độ sôi bất thường so với các Hidrua của phi
kim ở cùng phân nhóm.
Độ sôi của HF, HCl, HBr, HI lần lượt là 19,5, -85, -66, -35
o
C

Độ sôi của H
2
O, H
2
S, H
2
Se, H
2
Te lần lượt là 100, -61, -42, -2
o
C
Độ sôi của NH
3
, PH
3
, AsH
3
, SbH
3
lần lượt là -33, -87,5, -55, -18
o
C
Điều này mâu thuẩn với lực Vander Walls. Vì theo Vander Walls sự phân cực từ HF
đến HI tăng dần (do khối lượng mol) dẫn đến lực Vander Walls càng tăng và làm cho độ sôi
tăng, điều này đúng cho các hidrua của nguyên tố từ chu kỳ 3 trở đi trong cùng phân nhóm.
Như vậy ở NH
3
, H
2
O, HF có sự bất thường ta đã thấy, để giải thích điều này, ngườì ta nói đến

liên kết H.
- Điều kiện để có liên kết H : Phải có H nhưng chưa đủ, muốn có được liên kết H thì H
đó phải liên kết cộng hoá trị với nguyên tố X có độ âm điện mạnh và sau đó H mới tạo được
liên kết H với nguyên tố Y phải giàu (thật giàu) electron.
Lúc
ấy X-H Y ; Với : X, Y : F, O, N, Cl.
(Trong một số trường hợp người ta thấy có liên kết H khi Y có liên kết
π
giàu
electron).
E
O

E
t
E
đ
E
h
r
Giản đồ năng lượng của hệ
: Năng lượng toàn phần (E
t
)
: Năng lượng đẩy (E
đ
)
: Năng lượng hút (E
h
)

Chương 10 TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC PHÂN TỬ
HOÁ ĐẠI CƯƠNG 1
80

δ+δ−

C
O
H
H
O
O H
CH

O H
H
2
5

O H
H

Cl H
Cl + H O
-
3
+
C
O
H

C
O

O
R
_
_
R
O
H

- Điều kiện để có liên kết H được giải thích là do liên kết X-H bị phân cực mạnh :
X H, do X có độ âm điện mạnh nên H thiếu electron nhiều, hơn nữa H là nguyên tố nhỏ
nhất lại chỉ có 1 electron duy nhất nên
δ+
H
dễ len lõi vào vùng có mật độ electron lớn và
δ+
H
gần như không còn electron nào nên không có lực đẩy điện tích âm - điện tích âm của Y.
- Năng lượng của liên kết H nhỏ hơn liên kết cộng hoá trị hoặc liên kết ion, nhưng lớn
hơn lực Vander Walls nhiều.
- Bản chất của liên kết H là lực tĩnh điện, hiện nay người ta còn cho rằng liên kết H
không chỉ là tĩnh điện mà còn có một phần tính cộng hoá trị (kiểu liên kết 3 tâm) - chính xác
hơn là liên kết phối trí do sự phủ lên giữa các MO
*
không chứa electron của HX với MO có
chứa đôi electron của phân tử có chứa Y, do vậy Y H-X thẳng hàng (trừ F H-F). Điều này
giải thích tại sao liên kết H có độ bền (năng lượng) cao hơn lực Van der Walls
- Ảnh hưởng của liên kết H :

 Độ sôi, độ nóng chảy của chất :
Khi có liên kết H liên phân tử sẽ làm cho khối lượng mol phân tử tăng lên nên độ sôi, độ
nóng chảy của chất tăng cao như độ sôi của H
2
O so với H
2
S, H
2
Se, H
2
Te ta đã xét từ trước.
Nhưng khi có liên kết H nội phân tử như phân tử o hidroxi benzaldehid thì
phân tử trở nên "gọn" hơn. Vì vậy làm giảm độ sôi, độ nóng chảy.
 Độ tan trong H
2
O :
Nhờ có liên kết H giữa phân tử nào đó (như C
2
H
5
-OH) với H
2
O nên
chất đó sẽ tan trong H
2
O.
Hoặc :

 Tập hợp phân tử :
Người ta nhận thấy các axit hữu cơ khi ở trong dung môi không phân cực, thì các axit

tồn tại dưới dạng nhị phân tử :