Tiểu luận hoá lượng tử độ âm điện của nguyên tố và vai trò của độ âm điện trong hóa học

Tiểu luận: Hoá lượng tử

Độ âm điện của nguyên tố và vai trò của độ âm điện trong hóa học

PHẦN 1: MỞ ĐẦU
I. Lí do chọn đề tài
Hóa học là bộ môn khoa học thực nghiệm, do đó hệ thống lý thuyết hóa học
phải giải thích và dự doán được thực nghiệm. Có rất nhiều hệ thống lý thuyết dùng để
giải thích thực nghiệm, trong đó độ âm điện là một đại lượng quan trọng và được sử
dụng rất nhiều. Vậy độ âm điện của các nguyên tố là gì? Vai trò cuả độ âm điện đối với
hóa học ra sao? Là những vấn đề mà một giáo viên hóa học cần phải nắm rõ.
Độ âm điện được sử dụng rộng rãi ở cả chương trình phổ thông và đại học để
giải thích và dự đoán một số vấn đề như: độ bền liên kết, độ phân cực của liên kết,
phân loại liên kết hay dự đoán khả năng phản ứng của các nhóm thế. Tuy nhiên, việc
vận dụng độ âm điện để giải thích trong những trường hợp cụ thể không phải lúc nào
cũng thuận lợi, vì vậy hy vọng với tiểu luận này sẽ giúp các thầy cô nắm được các khái
niệm cơ bản liên quan đến độ âm điện, các phương pháp xác định độ âm điện và giải
thích cũng như dự đoán một số vấn đề thường gặp.
Ngoài ra, bản thân tôi cũng muốn đi sâu tìm hiểu về những vấn đề có liên quan
đến độ âm điện để vốn kiến thức về hóa học được vững chắc hơn nữa.
II. Nhiệm vụ nghiên cứu
Làm rõ các khái niệm về độ âm điện và các phương pháp xác định độ âm điện.
Vai trò của độ âm điện trong hóa hóa học.
III. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu tài liệu như: nghiên cứu các sách tham khảo, các bài
báo, sách giáo khoa …

Học viên: Nguyễn Hải Linh

Trang 1

GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải


Tiểu luận: Hoá lượng tử

Độ âm điện của nguyên tố và vai trò của độ âm điện trong hóa học

PHẦN 2: NỘI DUNG

CHƯƠNG I: ĐỘ ÂM ĐIỆN
I. Độ âm điện là gì?
Để xét đoán sự phân bố mật độ điện tử trong phân tử cũng như để đặc trưng cho
độ có cực của liên kết người ta đưa ra khái niệm độ âm điện.
Độ âm điện của một nguyên tố là khả năng của nguyên tử nguyên tố đó ở trong
phân tử hút electron về phía mình. (theo Pauling – năm 1932).
Như vậy:
+ Độ âm điện của nguyên tử càng lớn thì tính phi kim càng mạnh và ngược lại
độ âm điện càng nhỏ thì tính kim loại càng mạnh.
+ Độ âm điện là tính chất của nguyên tử trong phân tử chứ không phải của
nguyên tử tự do, nên việc xác định độ âm điện khó khăn hơn nhiều so với việc xác
định năng lượng ion hóa và ái lực electron.
II. Các phương pháp xác định độ âm điện
1. Phương pháp Mulliken (1934): Độ âm điện của nguyên tố là nửa tổng năng lượng
ion hóa và ái lực electron.
Học viên: Nguyễn Hải Linh
X =
i

Ei + Ii
Trang 2

2

GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải


Tiểu luận: Hoá lượng tử

Độ âm điện của nguyên tố và vai trò của độ âm điện trong hóa học

Công thức tính:

Trong đó :

Xi : độ âm điện nguyên tố i
Ei : ái lực electron của nguyên tố i
Ii : thế ion hóa của nguyên tố i

Độ âm điện của Mulliken có đơn vị là đơn vị của năng lượng, thang độ âm điện
của Mulliken là thang độ âm điện tuyệt đối.
Nhược điểm: phương pháp này tuy dựa vào một cơ sở lí thuyết vững vàng
nhưng có nhược điểm chính là không xác định được đầy đủ độ âm điện của các
nguyên tố vì không biết đầy đủ ái lực electron của cá nguyên tố
2. Phương pháp Pauling (1932): Độ âm điện được xác định dựa vào năng lượng liên
kết của các liên kết tương ứng.
Công thức tính: XA – XB = 0,208
Với

= [EA-B – [ EA-A . EB-B ] 1/2] 1/2
Trong đó: EA-A, EB-B, EA-B là năng lượng liên kết của A-A, B-B, A-B (Kj/ mol).

Các giá trị này được xác định từ nhiệt đông lực học.
Để xác định độ âm điện của các nguyên tố, người ta quy ước độ âm điện của
nguyên tố H là 2,1 . Do đó thang âm điện của Paulling là thang tương đối.
Nhược điểm: nhiều dữ kiện về năng lượng liên kết không xác định trực tiếp
được.
3. Thang độ âm điện theo I. Kobski (1960): Độ âm điện được tính bằng đạo hàm bậc
nhất của năng lượng theo điện tích
dE
X=
dq

Học viên: Nguyễn Hải Linh

hay X = a + bq

Trang 3

GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải


Tiểu luận: Hoá lượng tử

Độ âm điện của nguyên tố và vai trò của độ âm điện trong hóa học

Trong đó: a là độ âm điện vốn có của nguyên tử và b là hệ số điên tích, cho biết
ảnh hưởng của điện tích đến độ âm điện.
Về sau dựa vào những tính chất khác nhau của các chất, người ta còn đưa ra
nhiều thang độ âm điện khác nữa cho hầu hết nguyên tố. Nói chung các kết quả thu
được khá phù hợp với nhau.Trong các phương pháp này thì phương pháp Paulling
được sử dụng rộng rãi nhất.

4. Chú ý
Khi dùng độ âm điện để chỉ khả năng của nguyên tử hút electron về phía mình,
không nên gán cho nó một độ âm điện không đổi. Thật ra khả năng hút electron của
một nguyên tử trong phân tử phụ thuộc vào một số yếu tố như kiểu liên kết hóa học,
trạng thái hóa trị, bản chất của nguyên tử liên kết với nó. Chẳng hạn:
+ Đối với một nguyên tố có nhiều số oxi hóa, khi số oxi hóa tăng thì độ âm điện
cũng tăng. Ví dụ: độ âm điện của Fe đối với Fe +2 là 1,8 còn đối với Fe+3 là 1,9 ; đối với
Cu+1 là 1,9 còn Cu+2 là 2,0 ; đối với Sn+2 là 1,8 còn Sn+4 là 1,9 …
+ Nguyên tử C ở các trạng thái lai hóa khác nhau thì có độ âm điện khác nhau.
Ví dụ: Độ âm điện của Csp > Csp2 > Csp3 . Nguyên nhân là do từ trạng thái lai hóa sp 3
đến sp2 rồi đến sp thì tỉ lệ s trong trạng thái lai hóa tăng lên, tức lớp vỏ s gần hạt nhân
hơn nên làm tăng khả năng hút electron.
+ Nguyên tử H trong các phân tử H 2, H2O, HCl không có tính chất như nhau.
Bởi vậy, không nên nói độ âm điện của một nguyên tố nói chung, mà cần nói độ
âm điện của nguyên tố tạo nên liên kết hóa học cụ thể nào, trong hợp chất nào và ở
trạng thái hóa trị nào. Do đó trong tương lai, sự thành lập các thang âm điện mới cần
có sự chú ý đến các yếu tố trên bằng cách đưa thêm vào những gia số hay những số
hiệu chính khác nhau. Tuy vậy, việc đưa khái niệm độ âm điện của các nguyên tố là rất
cần thiết để hiểu rõ, giải thích cũng như dự đoán nhiều tính chất có liên quan đến liên
kết hóa học.
III. Độ âm điện nhóm và cách xác định độ âm điện nhóm
1. Khái niệm độ âm điện nhóm

Học viên: Nguyễn Hải Linh

Trang 4

GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải

Tiểu luận: Hoá lượng tử

Độ âm điện của nguyên tố và vai trò của độ âm điện trong hóa học

a. Nhóm: là một phần của phân tử thu được khi cắt đoạn nhiệt một liên kết hóa
học tương ứng. Sự cắt đoạn nhiệt là một quá trình phân li 1 liên kết mà không kèm
theo sự sắp xếp lại electron cũng như không kèm theo hiệu ứng nhiệt. Đây chỉ là sự giả
thiết.
b. Độ âm điện nhóm: Là độ âm điện của nguyên tử trung tâm trong sự có mặt
của các nguyên tử khác của nhóm được coi là độ âm điện nhóm.
Ví dụ : CH3 : C lai hóa sp3 với sự có mặt của 3 nguyên tử H
2. Cách xác định độ âm điện nhóm
Có nhiều phương pháp khác nhau để xác định độ âm điện nhóm, trong đó
phương pháp của Huhi thường được dùng. Theo phương pháp này;
X = a + bq
Trong đó:
X : độ âm điện nhóm
a : độ âm điện vốn có của nhóm
b : hệ số điện tích của nhóm xác định bằng thực nghiệm với từng nguyên tử
ở từng trạng thái hóa trị
q : điện tích của nhóm
Ngoài ra, ta cũng có thể áp dụng nguyên lí san bằng độ âm điện do Sanderson
nêu ra, giải các phương trình thích hợp sẽ tính được độ âm điện nhóm sau đó đổi ra
thang Pauling.

Thứ tự

Nhóm

Độ âm điện

Thứ tự

Nhóm

Độ âm điện

1

CH3

2,27

11

OH

3,22

2

CF3

3,42

12

OF

4,15

3

CCl3

2,84

13

OCl

3,73

4

CBr3

2,59

14

OBr

3,40

5

CI3

2,51

15

OI

3,34

6

NH2

2,62

16

SH

2,32

Học viên: Nguyễn Hải Linh

Trang 5

GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải


Tiểu luận: Hoá lượng tử

Độ âm điện của nguyên tố và vai trò của độ âm điện trong hóa học

7

NF2

3,65

17

SF

3,17

8

NCl2

3,14

18

SCl

2,84

9

NBr2

2,85

19

SBr

2.67

10

NI2

2,76

20

SI

2,62

Bảng 1: Độ âm điện của một số nhóm thường dùng (theo thang Pauling)

Học viên: Nguyễn Hải Linh

Trang 6

GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải


Tiểu luận: Hoá lượng tử

Độ âm điện của nguyên tố và vai trò của độ âm điện trong hóa học

CHƯƠNG II: ĐỘ ÂM ĐIỆN CỦA CÁC NGUYÊN TỐ
I. Độ âm điện của một số nguyên tố

Bảng 2: Độ âm điện của một số nguyên tố
Học viên: Nguyễn Hải Linh

Trang 7

GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải


Tiểu luận: Hoá lượng tử

Độ âm điện của nguyên tố và vai trò của độ âm điện trong hóa học

II. Sự biến đổi độ âm điện của các nguyên tố
Trong bảng tuần hoàn:
+ Các nguyên tố nhóm A có độ âm điện giảm dần theo chiều tăng của điện tích
hạt nhân.
+ Các nguyên tố trong cùng chu kì có độ âm điện tăng đần theo chiều tăng của
điện tích hạt nhân.
=> Điều này cho thấy rõ sự biến đổi của khả năng hút và giữ electron của nguyên tử
các nguyên tố hóa học theo chu kì và nhóm.
+ Các nguyên tố chuyển tiếp có độ âm điện cũng tăng lên một ít theo chiều tăng
của điện tích hạt nhân phù hợp với sự giảm bán kính ion của các nguyên tố đó.
Như vậy, trong bảng tuần hoàn thì flo là nguyên tố có độ âm điện lớn nhất và
Xexi có độ âm điện nhỏ nhất (không xét các khí trơ).

CHƯƠNG III: VAI TRÒ CỦA ĐỘ ÂM ĐIỆN

TRONG HÓA HỌC
I. Phân loại liên kết
Ta có thể sử dụng hiệu độ âm điện để dự đoán được bản chất của một liên kết
hóa học là liên kết ion hay liên kết cộng hóa trị.
Ta đặt:
+ Nếu

với

X là hiệu độ âm điện của 2 nguyên tố

X ≤ 0,4 : giữa A và B là liên kết cộng hóa trị không cực

+ Nếu 0,4 <
+ Nếu

X = X A - XB

X < 1,7 : giữa A và B là liên kết cộng hóa trị có cực

X ≥ 1,7 : giữa A và B là liên kết ion

Tuy nhiên, nếu theo sự phân chia này thì liên kết trong phân tử BF 3 (

X = 2)

phải là liên kết ion, nhưng thực tế đây lại là hợp chất cộng hóa trị điển hình trong
chương trình phổ thông. Vậy có mâu thuần gì ở đây?

Học viên: Nguyễn Hải Linh

Trang 8

GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải


Tiểu luận: Hoá lượng tử

Độ âm điện của nguyên tố và vai trò của độ âm điện trong hóa học

Ta cần biết rằng sự phân loại một liên kết là cộng hóa trị hay ion chỉ mang
tính tương đối, không có một liên kết nào có bản chất ion tuyệt đối hay cộng hóa trị
tuyệt đối (trừ phân tử 2 nguyên tử đồng hạch) mà chỉ có liên kết có phần trăm ion
nhiều hơn hay phần trăm cộng hóa trị nhiều hơn hay tất cả các liên kết hóa học đều có
đặc tính ion.
Ngay những hợp chất ion điển hình, liên kết cũng không phải là 100% ion.
Nguyên nhân là do bản chất sóng của electron nên xác suất có mặt của electron ở
khoảng giữa các ion luôn luôn có giá trị khác không. Người ta thường giải thích đặc
điểm này bằng sự biến dạng ion xuất hiện chủ yếu do tác dụng hút của cation lên lớp
vỏ electron của anion. Tác dụng này càng lớn nếu điện tích của cation càng lớn và bán
kính càng nhỏ và sự biến dạng của anion càng lớn nếu lớp vỏ electron của anion càng
kém bền chặt nghĩa là kích thước và điện tích của nó càng lớn. Do sự chuyển electron
không hoàn toàn nên liên kết trong phân tử ion còn mang một phần của liên kết cộng
hóa trị. Từ đó, người ta đưa ra biểu thức tính % đặc tính ion của một liên kết như sau:
% ion = 16 (XA – XB) + 3,5 (XA – XB)2

XA - XB

% ion của liên kết A – B

0,0

0

1,8

55

0,2

1

2,0

63

0,4

4

2,2

70

0,6

9

2,4

76

0,8

15

2,6

82

1,0

22

2,8

86

1,2

30

3,0

89

1,4

39

3,2

92

1,6

47

Học viên: Nguyễn Hải Linh

XA - XB

Trang 9

% ion của liên kết A – B

GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải


Tiểu luận: Hoá lượng tử

Độ âm điện của nguyên tố và vai trò của độ âm điện trong hóa học

Bảng 3: Mức độ ion của liên kết và độ âm điện
Vì vậy, ta chỉ nên sử dụng quy ước trên một cách tương đối, nghĩa là nếu
X ≥ 1,7 thì liên kết ion trội hơn còn nếu

X < 1,7 thì liên kết cộng hóa trị trội hơn.

Do đó ta vẫn có thể sử dụng hiệu độ âm điện để đánh giá loại liên kết một cách tương

đối .
II. Xét độ phân cực và độ bền của liên kết
Dựa vào độ âm điện ta có thể biết được độ phân cực của một liên kết hay có
thể xác định gần đúng độ bền của liên kết.
1. Độ bền của liên kết
Nếu hiệu số độ âm điện giữa hai nguyên tố càng lớn thì liên kết giữa chúng
càng bền và nói chung phản ứng tỏa nhiệt càng lớn, còn phản ứng giữa hai nguyên tử
có độ âm điện càng gần nhau thì càng ít tỏa nhiệt hoặc có khi thu nhiệt và liên kết giữa
chúng càng kém bền.
Ví dụ: H2 + F2  2HF + 128 kcal
H2 + Cl2  2HCl

+ 44 kcal

H2 + Br2  2 HBr + 25 kcal
H 2 + I2

 2HI

-…

2. Độ phân cực của liên kết
Liên kết giữa các nguyên tử có độ âm điện khác xa nhau thì phân cực càng
mạnh, còn liên kết giữa các nguyên tử có độ âm điện gần bằng nhau thì càng kém phân
cực. Người ta có thể dựa vào độ phân cực của liên kết để giải thích, dự đoán một số
vấn đề sau:
a.Dự đoán độ tan của một số chất.
Chất có chứa liên kết càng phân cực thì càng tan tốt trong dung môi phân cực
và ngược lại chất có chứa liên kết kém phân cực tan tốt trong dung môi kém phân cực.
Ví dụ:

Học viên: Nguyễn Hải Linh

Trang 10

GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải


Tiểu luận: Hoá lượng tử

Độ âm điện của nguyên tố và vai trò của độ âm điện trong hóa học

+ Các axit halogen hidric HX (X là F, Cl, Br, I) có liên kết H-X phân cực mạnh
tan nhiều trong H2O là dung môi phân cực. Và từ HF đến HI thì độ tan giảm dần
nguyên nhân là vì từ F đến I độ âm điên giảm dần nên độ phân cực của liên kết giảm
dần làm khả năng tan trong nước giàm, ngoài ra cũng vì độ âm điện giảm từ F đến I
nên khả năng tạo thành liên kết hidro với H 2O cũng giảm từ HF đến HI nên độ tan
cũng giảm từ HF đến HI.
+ Còn lưu huỳnh, đường, iot,… là những chất kém phân cực nên tan tốt trong
những dung môi không phân cực như benzen, cacbon tetraclorua…
b.Giải thích sự biến đổi tính axit – bazơ của các hydrua (HX)
Trong một phân nhóm chính, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, tính axit
của các hydrua tăng dần; Trong một chu kì, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, tính
axit của các hydrua cũng tăng dần.
Giải thích: Khi độ âm điện của nguyên tố tạo hydrua càng lớn thì độ phân cực
của liên kết H – X càng tăng thì trong dung môi phân cực (cụ thể ở đây là H 2O) liên
kết càng dễ bị đứt, H+ càng dễ bị tách ra và tính axit càng mạnh. Cụ thể:
+ Trong 1 chu kì, đối với dãy NH 3, H2O, HF chẳng hạn, độ âm điện tăng dần từ N
đến F nên độ phân cực của liên kết N – H, O – H, F – H cũng tăng dần nên tính axit
tăng dần từ NH3 đến HF.

+ Trong một phân nhóm chính, đối với trường hợp các halogenua hydro chẳng
hạn, có sự giảm độ phân cực của liên kết H – X từ HF đến HI thì tính axit phải giảm từ
HF đến HI, nhưng thực tế tính axit lại tăng từ HF đến HI. Để giải thích tính axit ở đây
ta không dựa vào độ phân cực của liên kết mà dựa vào độ bền của liên kết. Từ F đến I
bán kính tăng, số oxi hóa lại như nhau, nên mật độ điện tích âm giảm từ F đến I, độ
bền của liên kết giảm dần từ HF đến HI, khả năng phân li ra H+ giảm nên tính axit
giảm. Trường hợp, tính axit biến đổi trong một chu kì, giải thích theo độ bền của liên
kết vẫn phù hợp.
III. Xét sự biến đổi tính axit – bazơ của các hydroxyt R(OH) n
Trong dung môi phân cực (cụ thể ở đây là H 2O), các hydroxyt R – O – H có
thể phân li theo kiểu bazơ hoặc theo kiểu axit:
Học viên: Nguyễn Hải Linh

Trang 11

GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải


Tiểu luận: Hoá lượng tử

Độ âm điện của nguyên tố và vai trò của độ âm điện trong hóa học

R+. aq + OH -. aq (phân li theo kiểu bazơ)

R–O–H

RO - . aq + H+.aq (phân li theo kiểu axit)

R–O–H

Sự phân li theo kiểu bazơ sẽ xảy ra ưu tiên nếu liên kết R – O trong phân tử
hydroxyt phân cực hơn liên kết O – H. Và ngược lại, nếu liên kết O – H phân cực hơn
liên kết R – O thì sẽ ưu tiên phân li theo kiểu axit. Còn nếu độ phân cực của liên kết
R – O và O – H xấp xỉ nhau thì hydroxyt sẽ có tính lưỡng tính. Trong môi trường axit,
hydroxyt lưỡng tính đối xử như 1 bazơ và trong môi trường kiềm, nó sẽ đối xử như
một axit.
R – O – H + H+. aq
R – O – H + OH -. aq

R+. aq + H2O
RO-. aq + H2O

Độ phân cực của liên kết R – O và O – H trước hết phụ thuộc vào quan hệ độ âm điện
của nguyên tố O và nguyên tử trung tâm R và của nguyên tử O với H. Hiệu độ âm điện
của O và R càng lớn thì liên kết R – O càng phân cực. Trong các phân tử hydroxyt,
hiệu độ âm điện của O và H là như nhau.
Ở phần trên ta đã có mối tương quan gần đúng giữa hiệu độ âm điện với độ phân cực
của liên kết. Bảng dưới đây ghi độ phân cực của liên kết R – O và O – H trong một số hợp
chất
Liên kết
-2

Độ phân cực % ion

+1

O –H

28

Na+1 – O – H

66

Be+2 – O – H

47

Ca+2 – O – H

63

Al+3 – O – H

46

N+3 – O –

7

Si+4 – O –

35

P+5 – O –

29

N+5 – O –

6

Cr+6 – O –

21

Học viên: Nguyễn Hải Linh

Hợp chất

Tính chất bazơ hay axit

NaOH
Be(OH)2
Ca(OH)2
Al(OH)3
HNO2
H2SiO3
H3PO4
HNO3
H2CrO4

Bazơ
Lưỡng tính
Bazơ
Lưỡng tính
Axit
Axit yếu
Axit
Axit mạnh

Axit mạnh

Trang 12

GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải


Tiểu luận: Hoá lượng tử

Độ âm điện của nguyên tố và vai trò của độ âm điện trong hóa học

S+6 – O –

15

H2SO4

Axit mạnh

Bảng 4: Độ phân cực của liên kết R – O trong một số hợp chất
Qua bảng trên ta thấy: nếu độ phân cực của liên kết R – O vào khoảng 45% (ứng
với hiệu số độ âm điện là khoảng 1,7) thì tạo thành hydroxyt lưỡng tính thể hiện cả
tính axit lẫn bazơ yếu. Nếu độ phân cực của liên kết R – O càng lớn hơn 45% thì tính
bazơ của hydroxyt càng mạnh, và ngược lại, nếu độ phân cực của liên kết R – O càng
nhỏ hơn 45% thì tính axit của hydroxyt càng mạnh.
Tuy những trị số này chưa phải là sự phụ thuộc chặt chẽ giữa tính axit – bazơ
vào độ phân cực của liên kết, nhưng cũng cho ta một ý niệm về quy luật biến đổi tính
axit – bazơ của các hydroxyt.
Như vây, khi độ âm điện của nguyên tố trung tâm càng lớn thì tính cộng hóa
trị của liên kết R – O và tính ion của liên kết O – H càng tăng, do đó tính axit của

hydroxyt càng tăng.
Từ kết luận trên thì ta có thể rút ra quy luật biến đổi tính axit – bazơ của các
hydroxyt theo chu kì và theo nhóm trong bảng tuần hoàn.
+ Trong một chu kì, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, độ âm điện của các nguyên
tố tăng dần, chẳng hạn chu kì 3 (từ Na đến Cl)

Nguyên tố

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Độ âm điện X

0,9

1,2

1,5

1,8

2,1

2,5

3,0

(XO – XR)

2,6

2,3

2,0

1,7

1,4

1,0

0,5

O
3,5

Hiệu số độ âm điện (XO – XR) giảm dần, độ phân cực của liên kết R – O ngày càng
giảm dần, tính bazơ giảm dần, tính axit tăng dần.
+ Trong một phân nhóm chính, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân độ âm điện của

các nguyên tố giảm dần, chẳng hạn ở phân nhóm IIA (từ Be đến Ba)

Nguyên tố

Be

Mg

Ca

Sr

Ba

O

Độ âm điện X

1,5

1,2

1,0

1,0

0,9

3,5

(XO – XR)

2,0

2,3

2,5

2,5

2,6

Học viên: Nguyễn Hải Linh

Trang 13

GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải


Tiểu luận: Hoá lượng tử

Độ âm điện của nguyên tố và vai trò của độ âm điện trong hóa học

Hiệu độ âm điện (XO – XR) tăng dần, độ phân cực của liên kết R - O tăng dần, tính
bazơ tăng dần, tính axit giảm dần (Be(OH)2 lưỡng tính tương tự như Al(OH)3, đều có
XO – XR = 2; Ba(OH)2 có tính bazơ tương tự NaOH, đều có XO – XR = 2,6).
IV. Giải thích khả năng phản ứng của các nhóm thế
1. Trong phản ứng thế SN1 và SN2
RX + Y-

RY + X-

Khả năng phản ứng thế nuclêophin phụ thuộc vào độ bền của liên kết C – X.
Nếu liên kết C – X càng kém bền thì khả năng phản ứng càng dễ.
Nếu X: là các halogen: Cl, Br, I, F
+ Độ phân cực : -C-I > -C-Br > -C-Cl > -C-F
+ Độ dài liên kết:-C-I > -C-Br > -C-Cl > -C-F
+ Độ bền liên kết:-C-I < -C-Br < -C-Cl < -C-F
=> Khả năng phản ứng :R-I > R-Br > R-Cl > R-F
Ngoài ra, Y- có lực nucleophin càng lớn (độ âm điện càng nhỏ) thì phản ứng
thế SN2 càng thuận lợi.
2. Giải thích Anomeric effect
a. Định nghĩa Anomeric effect: đó là hiệu ứng mà xu hướng của các nhóm
thế có độ âm điện lớn sẽ định hướng axial trong các hệ thống heterocycle, và hiệu ứng
này mới đầu dùng rất nhiều để giải thích định hướng nhóm thế trong họ
monosaccarite.
Một định nghĩa khác rõ hơn: anomeric effect là hiệu ứng mà cấu trạng ưu
tiên là synclinal (gauche) chứ không phải là antiperiplanar trong chuỗi liên kết R-X-AY (với R là Hydrogen hay carbon, X là nguyên tử có những lone-pair, A là nguyên
nguyên tử có độ âm điện trung bình như C, S, P, còn Y là nguyên tử hay nhóm nguyên
tử có độ âm điện cao).
b.Các yếu tố ảnh hưởng đến tỉ lệ định hướng hai nhóm thế ở vị trí axial
và equatorial
+ Bản chất nhóm thế là tâm của hiệu ứng anomer (aglycon hay anomeric group)

Học viên: Nguyễn Hải Linh

Trang 14

GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải

Tiểu luận: Hoá lượng tử

Độ âm điện của nguyên tố và vai trò của độ âm điện trong hóa học

+ Bản chất các nhóm thế khác
+ Ảnh hưởng của dung môi
Ở tiểu luận này ta chỉ xét yếu tố là bản chất nhóm thế. Nhóm thế càng có khả
năng hút e (electron-withdrawing character) lớn thì sự định hướng axial càng chiếm ưu
thế.
Ta có thể dễ dàng nhận ra các nhóm hal có tính chất đặc biệt, nó ảnh hưởng
lớn đến vị trí của anomeric group, vị trí chiếm ưu thế là axial. Ngoài ra các thứ tự số
liệu thực nghiệm trên cũng phù hợp : O-benzoyl > acetoxy > metoxy, các nhóm hal có
khả năng hút e là lớn nhất
Còn 1 điểm quan trọng nữa, đó là khi nguyên tử Carbon của anomeric group đính
trực tiếp vào heterocycle, định hướng ưu tiên lúc này của anomeric group sẽ là
equatorial, bất kể ảnh hưởng của các nhóm thế khác trong vòng, dạng anomeric group
ở equatorial cũng được ưu tiên.

Học viên: Nguyễn Hải Linh

Trang 15

GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải


Tiểu luận: Hoá lượng tử

Độ âm điện của nguyên tố và vai trò của độ âm điện trong hóa học

CHƯƠNG IV: BÀI TẬP LIÊN QUAN ĐẾN ĐỘ ÂM ĐIỆN
Bài 1: Cho độ âm điện của các nguyên tố Be, Al, P , S, Cl, F lần lượt là 1,5 ; 1,6 ; 2,2 ;
2,6 ; 3,1 ; 4,0. Hãy cho biết trong các hợp chất BeCl2, AlCl3, PCl5, SF6 là liên kết cộng
hóa trị hay liên kết ion. Nếu là liên kết cộng hóa trị thì phải giải thích thế nào theo
quan điểm của thuyết cơ học lượng tử?
Bài 2: Clo, brom, iot có thể kết hợp với flo tạo thành các hợp chất dạng XF m. Thực
nghiệm cho thấy rằng m có 3 giá trị khác nhau nếu X là Cl hoặc Br, m có 4 giá trị khác
nhau nếu X là I.
a. Hãy viết công thức các hợp chất dạng XFm của mỗi nguyên tố Cl, Br, I.
b. Dựa vào cấu tạo nguyên tử và độ âm điện của các nguyên tố, hãu giải thích
sự hình thành các hợp chất trên.
(Đề thi học sinh giỏi Quốc gia lớp 12 năm 2010)

Học viên: Nguyễn Hải Linh

Trang 16

GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải


Tiểu luận: Hoá lượng tử

Độ âm điện của nguyên tố và vai trò của độ âm điện trong hóa học

Bài 3: Dựa vào cấu hình electron lớp ngoài cùng nguyên tử và độ âm điện của nguyên
tố flo, clo, hãy giải thích:
a. Tại sao trong hợp chất F chỉ có số oxi hóa -1, còn Cl có thể có số oxi hóa là
-1, +1, +3, +5, +7.
b. Giải thích tính bền, tính axit của các hydroxyt của clo ứng với các số oxi hóa
là +1, +3, +5, +7

Bài 4: So sánh và giải thích tính chất của các chất trong các dãy sau:
a. Nhiệt độ sôi của o-nitrophenol và p-nitrophenol.
b. Độ tan trong nước của CO2, NH3, H2S
Bài 5: Trên cơ sở lí luận như thế nào Mulliken đã sử dụng đại lượng
Ei + Ii

để đặc trưng cho độ âm điện của nguyên tử?

Xi =
2

Bài 5: Cho EA – B = 136,2 kcal/mol ; EA –A = 104,2 kcal/mol ; EB – B = 38,0 kcal/mol
Theo công thức của Paulling, hãy tính hiệu độ âm điện của H và F. Nếu độ âm điện
của F là 4,00 thì độ âm điện của H bằng bao nhiêu?

PHẦN 3: TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Duy Ái. Định luật tuần hoàn và hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học.
Nhà xuất bản Giáo dục, năm 1977
2. Đào Đình Thức. Nguyên tử và liên kết hóa học. Nhà xuất bản Giáo dục, năm 2005
3. Hoàng Nhâm. Hóa học vô cơ (tập 1). Nhà xuất bản Giáo dục, năm 2006
Học viên: Nguyễn Hải Linh

Trang 17

GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải


Tiểu luận: Hoá lượng tử

Độ âm điện của nguyên tố và vai trò của độ âm điện trong hóa học

4. Đào Đình Thức. Cấu tạo nguyên tử và liên kết hóa học (tập 2). Nhà xuất bản Giáo
dục, năm 2005.
5. PGS. TS. Lê Tự Hải. Bài giảng hóa lượng tử

Học viên: Nguyễn Hải Linh

Trang 18

GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải


Tiểu luận: Hoá lượng tử

Độ âm điện của nguyên tố và vai trò của độ âm điện trong hóa học

MỤC LỤC

PHẦN 1: MỞ ĐẦU......................................................................................................1
I. Lí do chọn đề tài..................................................................................................1
II. Nhiệm vụ nghiên cứu.........................................................................................1
III. Phương pháp nghiên cứu..................................................................................1
PHẦN 2: NỘI DUNG..................................................................................................2
CHƯƠNG I: ĐỘ ÂM ĐIỆN...................................................................................2
I. Độ âm điện là gì?................................................................................................2
II. Các phương pháp xác định độ âm điện..............................................................2
III. Độ âm điện nhóm và cách xác định độ âm điện nhóm......................................4
CHƯƠNG II: ĐỘ ÂM ĐIỆN CỦA CÁC NGUYÊN TỐ..........................................6
I. Độ âm điện của một số nguyên tố.......................................................................6
II. Sự biến đổi độ âm điện của các nguyên tố.........................................................6

CHƯƠNG III: VAI TRÒ CỦA ĐỘ ÂM ĐIỆN TRONG HOÁ HỌC .......................7
I. Phân loại liên kết.................................................................................................7
II. Xét độ phân cực và độ bền của liên kết..............................................................8
III. Xét sự biến đổi tính axit – bazơ của các hydroxyt R(OH)n.............................10
IV. Giải thích khả năng phản ứng của các nhóm thế.............................................12
CHƯƠNG IV: BÀI TẬP LIÊN QUAN ĐẾN ĐỘ ÂM ĐIỆN.................................14
PHẦN 3: TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................15

Học viên: Nguyễn Hải Linh

Trang 19

GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải