Chuyên đề bồi dưỡng HSG hóa học:

Chuyên đề: Nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi trong việc giải thích cấu trúc hình học một
số phân tử dựa vào thuyết lai hóa và thuyết VSEPR

MỞ ĐẦU
Theo thuyết VB, khi hình thành liên kết, 2 nguyên tử tham gia liên kết sử dụng các
AO chứa electron độc thân xen phủ nhau tạo thành cặp electron chung. Trong nhiều trường
hợp, các kết quả không phù hợp với kết quả thực nghiệm: Chẳng hạn như phân tử BeH 2 có
liên kết Ha-Be-Hb. Nguyên tử H có cấu hình 1s 1; nguyên tử Be có lớp electron hoá trị 2s 2. Ở
trạng thái hoá trị Be có cấu hình:2s 12p1. Hai AO liên kết 2s, 2p khác nhau, nên theo kết quả lí
thuyết 2 liên kết Be-H phải hoàn toàn khác nhau về độ bền, độ dài liên kết. Thực nghiệm cho
thấy 2 liên kết hoàn toàn giống nhau. Hoặc phân tử NH 3: nếu theo thuyết VB đơn thuần thì
nguyên tử N liên kết với 3 nguyên tử H bằng sự xen phủ 3AO 2p (có electron độc thân) với
3AO 1s của 3 nguyên tử H, góc liên kết phải là 90 0. Thực tế cho thấy phân tử NH 3 có cấu
trúc hình tháp, góc liên kết 107o.
Vì thế, Pauling đã bổ sung khái niệm lai hoá vào khuôn khổ thuyết VB. Nhờ đó đã
giải thích được nhiều kết quả thực nghiệm như cấu trúc hình học, độ dài liên kết, độ bền liên
kết của các phân tử.
Có thể nhận thấy rằng: sự lai hoá các obitan nguyên tử là một nội dung mới mẻ,
phong phú, trừu tượng và cũng rất khó trong chương trình hoá học THPT, đặc biệt là trong
các hợp chất hữu cơ.
Chuyên đề: “Nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi trong việc giải
thích cấu trúc hình học một số phân tử dựa vào thuyết lai hóa và thuyết VSEPR” giới thiệu
một số lí thuyết về lai hóa và thuyết VSEPR và vận dụng giải thích cấu trúc hình học một số
phân tử giúp các em học sinh ôn thi học sinh giỏi nói riêng, các học sinh và giáo viên nói
chung khi nghiên cứu về cấu tạo, cấu trúc hình học phân tử một cách thuận lợi hơn.
Vì đây là một nội dung rất khó và trừu tượng, bản thân cũng chưa nắm hết toàn bộ
vấn đề, chắc chắn sẽ còn nhiều thiếu sót, rất mong được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn.

NỘI DUNG
1. Khái niệm về sự lai hoá:
Theo Pauling: Sự lai hoá là sự tổ hợp tuyến tính các obitan nguyên tử tạo thành các

obitan lai hoá suy biến về năng lượng. Các obitan lai hoá mô tả trạng thái đặc biệt của
nguyên tử khi hình thành liên kết: Các liên kết tạo bởi obitan lai hoá bền vững hơn là tạo bởi
các obitan không lai hoá.
Ví dụ: Nguyên tử Be khi hình thành BeH 2 hoặc BeF2, BeCl2…. Có AO hoá trị 2s, 2p.
Các hàm 2s, 2p là nghiệm của phương trình Srôđingơ – là phương trình vi phân tuyến tính,
nên về mặt toán học thì tổ hợp tuyến tính 2 hàm trên ta được:
1 

1
.( s  p )
2

và 2 

1
.( s  p )
2

(tương ứng kí hiệu (sp)1 và (sp)2) cũng là

nghiệm của phương trình hay cũng là obitan của nguyên tử Be.

1


Chuyên đề: Nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi trong việc giải thích cấu trúc hình học một
số phân tử dựa vào thuyết lai hóa và thuyết VSEPR

Có thể hình dung quá trình lai hoá xảy ra theo sơ đồ sau:
(sp1)

(a)

(b)
AO s và p

(sp2)

(c)
Sơ đồ năng lượng của các AO:
E
2p

2p
AO sp
(d)

2s
2s
Trạng thái cơ bản Trạng thái kích thích Trạng thái lai hoá
(a). Các AO thuần khiết của Be
(b). Sự lai hoá của AO 2s và 2p
(c). Liên kết trong phân tử BeH2
(d). Sơ đồ các mức năng lượng của các obitan.

2. Đặc điểm của sự lai hoá:
- Các AO tham gia lai hoá có năng lượng không khác nhau nhiều.
- Số AO lai hoá bằng số AO tham gia tổ hợp tuyến tinh.
- Các AO lai hoá suy biến, tức là có cùng mức năng lượng.
- Đặc điểm hình học của các AO lai hoá là một đầu mở rộng và đầu kia bị thu hẹp. Sự
định hướng của AO lai hoá trong không gian tương ứng với sự phân bố không gian xác định

các electron.
Thực chất, lai hoá là một khái niệm giả định được dùng để giải thích các kết quả thực
nghiệm.
Trong chương trình phổ thông, khái niệm lai hoá được đưa vào ngay từ lớp 10 nâng
cao: “Sự lai hoá là sự tổ hợp “trộn lẫn” một số obitan trong nguyên tử để được từng ấy obitan
lai hoá giống nhau nhưng định hướng khác nhau trong không gian”. Nguyên nhân của sự lai
hoá là các obitan hoá trị ở các phân lớp khác nhau có năng lượng và hình dạng khác nhau
nên cần phải đồng nhất để tạo liên kết bền với các nguyên tử khác. Tuy nhiên, khi nghiên
cứu về các chất vô cơ, sách giáo khoa hầu như không hề nhắc lại khái niệm lai hoá tức là cấu
trúc phân tử mà chỉ đề cập đến công thức cấu tạo của chúng.

3. Các kiểu lai hoá thường gặp:
2


Chuyên đề: Nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi trong việc giải thích cấu trúc hình học một
số phân tử dựa vào thuyết lai hóa và thuyết VSEPR

3.1. Lai hoá sp (lai hoá thẳng)
- Khái niệm : Lai hoá sp là sự tổ hợp tuyến tính của obitan ns với obitan np (thường
chọn pz) tạo ra 2 AO lai hoá sp thẳng góc với nhau. Góc lai hoá là 1800.

Sơ đồ lai hoá :

Trạng thái cơ bản

AO lai hoá riêng rẽ

AO sp

Giản đồ năng lượng:
E
np

np

ns
ns
sp
- Lai hoá sp dùng để giải thích các phân tử có cấu trúc thẳng như BeH 2, BeX2 (X là
các halogen), C2H2, các ankin, các phức chất 2 phối tử…theo quan điểm của thuyết VB.
3.2. Lai hoá sp2 (lai hoá tam giác).
- Khái niệm : Lai hoá sp2 là sự tổ hợp tuyến tính của AO ns với 2AO np (thường chọn
px và py) tạo thành 3AO lai hoá hướng từ tâm ra đỉnh của tam giác đều. Góc lai hoá 120 0.
Sơ đồ lai hoá:
z

x
y
Các AO thuần khiết
Về năng lượng : E

AO sp 2

AO sp 2

3


Chuyên đề: Nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi trong việc giải thích cấu trúc hình học một

số phân tử dựa vào thuyết lai hóa và thuyết VSEPR

trạng thái cơ bản
trạng thái kích thích
- Lai hoá sp dùng để giải thích liên kết trong các phân tử có cấu trúc tam giác như
BF3, AlCl3, HNO3, SO2, SO3, C2H4, các anken, benzen và các hệ liên hợp…
2

3.3. Lai hoá sp3 (lai hoá tứ diện)
- Khái niệm : Lai hoá sp3 là sự tổ hợp tuyến tính AO ns với 3AO np tạo thành 4AO
lai hoá sp3 hướng về 4 đỉnh của tứ diện đều. Góc lai hoá 109028’.
Ví dụ :
z

x
y
Về năng lượng :
E

trạng thái cơ bản
trạng thái kích thích
AO sp 3
- Lai hoá sp dùng để giải thích liên kết trong các phân tử có cấu trúc tứ diện như
H2SO4, HClO4, H3PO4, CH4, các ankan, nhiều phức chất tứ diện…, cấu trúc tháp tam giác
như NH3, NH2OH,… và một số phân tử có cấu trúc góc như H2O, OF2…
3

3.4. Lai hoá dsp2 hoặc sp2d ( lai hoá vuông phẳng)
- Khái niệm : Lai hoá dsp2 ( hoặc sp2d) là sự tổ hợp tuyến tính của AO (n-1)d
với AO ns và 2AO np (lai hoá trong) hoặc AO ns với 2AO np và AO nd (lai hoá

ngoài) tạo thành 4AO sp2d hướng về 4 đỉnh của hình vuông. Góc lai hoá là 900.
Sơ đồ của sự lai hoá:

P
AO sp 2d

Các AO s,p,d

4


Chuyên đề: Nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi trong việc giải thích cấu trúc hình học một
số phân tử dựa vào thuyết lai hóa và thuyết VSEPR

- Lai hóa sp2d dùng để giải thích các liên kết trong các phân tử có cấu trúc vuông phẳng,
thường gặp trong các phức chất như [Ni(CN)4]2-, [Pt(CN)4]2-,…
3.5. Lai hoá dsp3 (lai hoá lưỡng tháp tam giác)
- Khái niệm : Là sự tổ hợp tuyến tính của AOs, 3AOp và AOd (có thể lai hoá trong hoặc
lai hoá ngoài) để tạo thành 5 AO sp3d hướng về 5 đỉnh của lưỡng tháp tam giác. Góc lai hoá
là 1200 và 900.
Sơ đồ lai hoá :

Các AO thuần khiết
Các AO lai hoá
3
-Lai hoá sp d dùng để giải thích các liên kết trong các phân tử cấu trúc lưỡng tháp
như PCl5, PF5, các phân tử cấu trúc hình bập bênh như SF4, hoăc phân tử hình chữ T như
ClF3, HClO2,…
3.6. Lai hoá sp3d2 (lai hoá bát diện đều)
- Khái niệm : Là sự tổ hợp tuyến tính của AOs, 3AOp và 2AOd (có thể lai hoá trong

hoặc lai hoá ngoài) tạo thành 6AO sp3d2 hướng về 6 đỉnh của bát diện đều. Góc lai hoá là
900. Các AO lai hoá có hình dạng như sau :

Các AO lai hoá sp3d2
Phân tử có cấu trúc bát diện
- Lai hoá này giải thích liên kết trong các phân tử có cấu trúc bát diện đều như SF 6,
SCl6, … các phức chất 6 phối tử như [Fe(CN)6]4-, [CrCl6]3-,… và các phân tử có cấu trúc tháp
vuông như BrF5, ClF5,… hoặc các phân tử hình vuông phẳng trong nguyên tử trung tâm có 2
cặp e tự do như XeF4,…
Chương trình hoá học phổ thông chủ yếu đề cập đến sự lai hoá cơ bản là sp, sp 2 và
sp3. Các kiểu lai hoá này sẽ được học sinh tiếp tục nghiên cứu trong hoá học hữu cơ. Cấu
trúc của các hợp chất vô cơ chỉ có thể dùng khi giảng dạy học sinh khá và hướng dẫn học
sinh tự tìm tòi, nghiên cứu.

4. Sự lai hoá các obitan nguyên tử Cacbon và Nitơ trong một số hợp chất hữu cơ
5


Chuyên đề: Nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi trong việc giải thích cấu trúc hình học một
số phân tử dựa vào thuyết lai hóa và thuyết VSEPR

4.1.

Ankan
H

H

H
H

H

C
H

C

C

H
H

H

(a)

H

(b)

Hình 4.1: Sự hình thành liên kết ở phân tử CH4 (a) và ở phân tử C2H6 (b)
Ở ankan, các nguyên tử cacbon đều ở trạng thái lai hoá sp 3. Mỗi nguyên tử C nằm ở
tâm của tứ diện mà 4 đỉnh là các nguyên tử H hoặc C với độ dài liên kết C-C bằng 154pm,
liên kết C-H bằng 109pm, các góc hoá trị CCC, CCH, HCH đều gần như nhau và bằng
109,5o. Bán kính Van đe van của Csp 3 bằng 170pm, của H bằng 120pm. Dựa vào các dữ liệu
trên người ta xây dựng được mô hình phân tử ankan.
Phân tử ankan chỉ có hai loại liên kết C-H và C-C.
Liên kết C-H tạo thành do sự xen phủ của obitan sp 3 của C với obitan 1s của H với
năng lượng liên kết là 104 kcal/mol:

H

Csp3
H1s
MOσC-H
3
Liên kết C-C tạo thành do sự xen phủ của hai obitan sp của C với năng lượng liên kết
là 98 kcal/mol:
2

EMBED ChemDraw.Document.6.0
obitan sp

3

Độ xen phủ

CH4
CH3-CH3
CH3-CH2-CH3
CH3-CH2-CH2-CH3
Hình 4.2: Mô hình phân tử metan, etan, propan, butan.

6


Chuyên đề: Nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi trong việc giải thích cấu trúc hình học một
số phân tử dựa vào thuyết lai hóa và thuyết VSEPR

4.2.

Xiclopropan

C3H6

C4H8

C5H10

C6H12
3

Nguyên tử cacbon trong vòng no ở trạng thái lai hoá sp . Khi tạo vòng, góc hoá trị có thể
thay đổi, di lệch khỏi giá trị góc tứ diện 109o28’ của cấu hình sp3. Sự chênh lệch này về góc
gây ra sức căng của vòng về góc nghĩa là làm tăng nội năng của vòng gọi là sức căng Bayer.
Mỗi cặp cacbon mà mỗi cacbon nối với một nguyên tử cacbon khác có các liên kết che
khuất hay kìm hãm xen kẽ. Do đó, các cacbon này có thể tồn tại ở các cấu dạng khác nhau
chủ yếu là cấu dạng xen kẽ. Sự lệch đi ra khỏi cấu trúc xen kẽ gây ra sức căng gọi là sức
căng Pitzer.
4.3. Gốc cacbo tự do và cabocation
Gốc cacbo tự do là tiểu phân electrophin, có một electron trên obitan p của Csp 2,
thẳng góc với ba liên kết σ của C đó. Ví dụ, gốc metyl CH3. .
Cacbocation CH3+, nguyên tử cacbon ở trạng thái lai hoá sp2 liên kết với obitan 1s của
ba hidro tạo nên obitan phân tử nằm trên một mặt phẳng.
Obitan Csp2

p Csp2-H1s

H
C

H

H
obitan H1s
4.4.

Anken
H

H
C

C
H

H

Hình 4.3 : Hình dạng obitan tan phân tử của etilen.

7


Chuyên đề: Nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi trong việc giải thích cấu trúc hình học một
số phân tử dựa vào thuyết lai hóa và thuyết VSEPR

C3H6
C4H8
Anken đặc trưng bằng liên kết đôi hay thực chất là liên kết π trong phân tử. Liên kết π
được coi là nhóm chức của anken.

Hai nguyên tử C mang liên kết đôi của anken ở trạng thái lai hoá sp 2. Sự tạo thành
liên kết σ giữa chúng nhờ sự xen phủ trục của hai obitan lai hoá sp 2. Liên kết π gữa chúng
được hình thành do sự xen phủ bên của hai obitan p thuần khiết không lai hoá.
4.5. Ankin

(a)

(b)

Hình 4.4 : Hình dạng obitan tan phân tử của axetilen (a), propin (b)
Trung tâm phản ứng hoá học của ankin là nối ba. Sự tạo thành nối ba là sự xen phủ
obitan của hai cacbon lai hoá sp.
H1s-Csp
Csp-Csp
Csp-H1s
H

(b)

H

(a)

Hình 4.5: Sự hình thành liên kết π, liên kết σ trong phân tử C2H2

4.6. Polien
a. Allen
Allen có hai nối đôi liền, có chung một C ở giữa, có cấu trúc sau:
Khoảng cách giữa hai liên kết là 1,31Å, nằm trung gian giữa liên kết đôi trong etylen
(1,34Å) và nối ba trong axetilen (1,20Å). Cacbon số 1 và 3 là lai hoá sp 2, cacbon số 2 là lai

hoá sp.Liên kết π tạo thành cũng do sự xen phủ của hai obitanp: p C1-pC2 và pC2-pC3 tạo nên hai
mặt phẳng π thẳng góc với nhau.
H
H
H

H

H2C=C=CH2
(Csp2-Csp)σ + (Cp-Cp)π

8


Chuyên đề: Nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi trong việc giải thích cấu trúc hình học một
số phân tử dựa vào thuyết lai hóa và thuyết VSEPR

Hình 4.6: Cấu trúc obitan của allen
b. Ankadien liên hợp: Buta-1,3-dien (CH2=CH-CH=CH2 )

CH

CH2

CH

CH2

Hinh 4.7: Cấu trúc obitan của phân tử Buta-1,3-dien
Trong phân tử Buta-1,3-dien có 4 cacbon đều lai hoá sp 2, có hai liên kết đôi C1–C2 và

C3–C4 do sự xen phủ của hai Csp 2. Song hai obitan p ở C2 và C3 cũng được xen phủ một
phần. Chính nhờ sự xen phủ này mà tạo cho phân tử có sự giải toả electron π cho toàn phân
tử làm giảm năng lượng của hệ. Liên kết đôi C 1–C2 và C3–C4 có chiều dài giống như liên kết
đôi thường, còn liên kết C2-C3 có chiều dài ngắn hơn liên kết đơn bình thường, hầu như nằm
trung gian giữa liên kết đôi và liên kết đơn.
4.7.

Aren

(a)

(b)

Hình 4.8 : Hình dạng obitan tan phân tử của benzen (a), toluen(b)

 Csp2  Hs

H

H
C

H

(a)

Csp2Csp2

C
H2

C

C
C

H

H

C
H

(b)

Hinh 4.9: Sự hình thành liên kết σ và liên kết π ở phân tử Benzen
Mỗi cacbon sp2 có hai liên kết σC-C và một liên kết σC-H và còn lại một obitan p. Các
obitan p xen phủ với nhau tạo nên một obitan phân tử π cho 6 cacbon của vòng. Sự xen phủ
này tạo nên hai vòng mật độ electron π ở trên và dưới vòng. Như vậy, phân tử benzen có cấu

9


Chuyên đề: Nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi trong việc giải thích cấu trúc hình học một
số phân tử dựa vào thuyết lai hóa và thuyết VSEPR

trúc vòng 6 cạnh đều, phẳng, có sự xen phủ của obitan π tạo nên một hệ liên hợp vòng.
Benzen là một hợp chất thơm điển hình.
4.8.

Ancol -Phenol

108o9
H

109o
3

O

C

H

108o5

H

H

Ancol có nhóm OH gắn với Csp3 của gốc ankyl hay xiclohexyl. Phân tử ancol có cấu
trúc hình học giống phân tử nước, góc liên kết C-O-H ~108 o5, góc H-C-H = 109o3, còn góc
H-C-O = 108o9. Nguyên tử Oxi ở trạng thái lai hoá sp3.
Phân tử phenol nằm trên mặt phẳng, với góc liên kết C-O-H bằng 109 o, gần bằng góc
tứ diện và không khác nhiều so với góc C-O-H của metanol. Phenol có nhóm OH đính với
Csp2 thơm. Ngoài tính âm điện lớn của oxi như ở ancol, oxi ở phenol còn có tương tác của
cặp electron n với hệ electron π của nhân benzen (+C).
:OH

4.9.

Nhóm cacbonyl
1,28Å

H
o

120

H

C

π

H

O

C

O

H

o

120

π

Hình 4.10: Cấu trúc phân tử H2C=O
Trong phân tử anđehit và xeton, nguyên tử cacbon của nhóm cacbonyl ở trạng thái lai
2
hoá sp với các góc hoá trị 120o. Hai nguyên tử cacbon và oxi nối với nhau bằng một liên kết
σ và một liên kết π. Nguyên tử oxi hầu như ở trạng thái lai hoá sp 2. Vì vậy, hai cặp electron
chưa liên kết của oxi chiếm hai obitan sp2.
 Axit cacboxylic
Axit cacboxylic được đặc trưng bằng nhóm –COOH (cacboxyl). Nhóm cacboxyl có
thể có thể đính với gốc hidrocacbon no, chưa no, thơm hay với hidro.

10


Chuyên đề: Nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi trong việc giải thích cấu trúc hình học một
số phân tử dựa vào thuyết lai hóa và thuyết VSEPR

Nhóm cacboxyl được xem như là tổ hợp của nhóm cacbonyl trong anđehit hay xeton
và nhóm OH trong ancol hay nước nên có nhiều tính chất và cấu trúc giống hai loại trên.

Cấu trúc obitan của anion cacboxylat:

½-

O -1/2

O
C

H3C

½-

C
O -1/2

O

4.10. Nitrin
Nitrin của axit cacboxylic chứa nhóm CN, gọi là nhóm nitrin hay nhóm xiano, như là
dẫn xuất ankyl hoá của axit xyanhidric HCN, có nối ba tương tự như axetilen. Axit HCN
hay RCN có thể coi là hợp chất đẳng electron của axetilen. Nhóm CN có nối ba, gồm hai
liên kết π Cp–Np và một liên kết σ Csp-Nsp và N còn cặp electron trên obitan Nsp.
1,063Å

H

C

N

4.11. Amin

CH3NH2

(CH3)2NH

C6H5NH2

Hình 4.11: Cấu trúc obitan phân tử một số amin

Amin là sản phẩm thế của amoniac nên, nói chung có cấu trúc giống cấu trúc của
NH3. Amoniac có cấu trúc hình tháp với nguyên tử Nitơ lai hoá gần sp 3, có ba liên kết Nsp3 –
H và một cặp electron n trên obitan sp 3. Cặp electron không liên kết có vai trò quan trọng
nhất của hợp chất amin, nằm trên một đỉnh của tứ diện. Khi thế một H của NH 3, góc liên kết
thay đổi. Ở amin bậc ba, trimetylamin có cấu trúc tứ diện đều hơn nhưng các nhóm thế đẩy
nhau mạnh hơn nên phẳng hơn.

11


Chuyên đề: Nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi trong việc giải thích cấu trúc hình học một
số phân tử dựa vào thuyết lai hóa và thuyết VSEPR

Amin có gốc aryl đính với nguyên tử N có góc HNH và HNC rộng hơn, do đó Nitơ đi
tới cấu trúc phẳng hơn là ankylamin. Nhóm NH 2 của anilin vẫn có hình tháp nhưng góc
HNH (113,9o) rộng hơn ở ion amoni. Mặt phẳng HNH nằm trên mặt phẳng tạo với mặt
phẳng vòng benzen một góc 39,4o.

N
N

N

H

CH3

H CH3

CH3

H

CH3

H

Hình 4.12 : Cấu trúc obitan của CH3NH2, (CH3)3N, C6H5NH2
4.12. Các hợp chất dị vòng:
a. Furan, pirole, thiophen
Các hợp chất dị vòng furan, pirole, thiophen có cấu trúc vòng năm cạnh phẳng, các
nguyên tử cacbon và dị tố đều ở trạng thái lai hoá sp 2. Mỗi nguyên tử cacbon của vòng có
một liên kết sp2 - s với hidro và hai liên kết sp 2 - sp2 với hai nguyên tử bên cạnh. Mỗi dị tố có
hai liên kết sp2 - sp2 với hai nguyên tử cacbon bên cạnh và một obitan sp 2 chứa hai electron
không liên kết (với oxi và lưu huỳnh) hoặc một liên kết sp2 - s với hidro (liên kết N-H).
Mỗi nguyên tử cacbon còn có một obitan p chứa một electron và mỗi dị tố còn có hai
electron trên obitan p. Năm obitan này xen phủ với nhau tạo nên các obitan phân tử các
electron p như hai đám mây electron nằm ở phía trên và phía dưới mặt phẳng vòng. Obitan
phân tử này là hệ liên hợp kín có 6 electron. Như vậy, furan, pirole, thiophen là các hợp chất
thơm, thuộc loại dị vòng thơm 5 cạnh.

H
C

C

C

H

cặp electron n
trên obitan sp2

H

C
C

N
C

C
O
C

H
H

Hình 4.13: Cấu trúc obitan của pirole

Hình 4.14:Cấu trúc obitan của furan

b. Piridin
Piridin có cấu trúc rất giống benzen, trong đó nguyên tử N thay thế cho một nhóm
CH. Độ dài các liên kết C-C trong phân tử piridin bằng nhau và bằng 1,394Å, là trung gian
giữa độ dài liên kết đơn C-C (1,54Å) và liên kết đôi C=C (1,34Å). Hai liên kết C-N có độ
dài bằng nhau và bằng 1,37Å vì là trung gian giữa liên kết đơn C-N (1,47Å) và liên kết đôi

12

Chuyên đề: Nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi trong việc giải thích cấu trúc hình học một
số phân tử dựa vào thuyết lai hóa và thuyết VSEPR

C=N ( 1,28Å). Nguyên tử N ở trạng thái lai hoá sp 2 tham gia vào hai liên kết σ với hai
nguyên tử cacbon bên cạnh, còn electron p z tham gia vào hệ liên hợp thơm của vòng. Ngoài
ra, cặp electron sp2 còn lại của nguyên tử N có obitan chạy ra ngoài vòng và trục của nó hơi
lệch đi so với mặt phẳng của vòng.
Như vậy, vòng piridin có cấu trúc phẳng với 6eπ.
Hình 4.15: Cấu trúc obitan của piridin
H

H
C

H

C

C

N
C

H

C

H

13


Chuyên đề: Nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi trong việc giải thích cấu trúc hình học một
số phân tử dựa vào thuyết lai hóa và thuyết VSEPR

KẾT LUẬN
Khái niệm sự lai hoá được đưa vào chương trình hoá học bắt đầu từ lớp 10 nâng cao
nhưng hầu như không được nhắc lại trong phần hoá vô cơ. Chỉ đến khi sang chương trình
hoá hữu cơ mới đề cập nhiều đến cấu trúc không gian của phân tử hợp chất hữu cơ và trạng
thái lai hoá của nguyên tử cacbon.
Để giúp học sinh có thể nắm được kiến thức về sự lai hoá obitan một cách đầy đủ và
chính xác ngay từ lớp 10 giáo viên cần kết hợp phương pháp dùng lời kết hợp với việc sử
dụng mô hình, các phương tiện kĩ thuật hiện đại như máy chiếu, các phần mềm hỗ trợ trong
Hoá học sẽ giúp học sinh quan sát trực quan, sinh động qua đó nắm vững phần kiến thức
trừu tượng này. Trong quá trình giảng dạy các chất vô cơ, giáo viên có thể kết hợp tuỳ điều
kiện cụ thể, đối tượng học sinh để đưa ra trạng thái lai hoá của các nguyên tử trong phân tử
các chất mà sách giáo khoa có đề cập đến cấu trúc như S 8, NH3, H2O, kim cương, than chì…
và một số chất khác để học sinh có dịp nhớ lại, khắc sâu khái niệm làm tiền đề cho việc học
các hợp chất hữu cơ chắc chắn hơn. Trong phần hữu cơ, cấu trúc các hợp chất và trạng thái
lai hoá của nguyên tử cacbon là khá rõ ràng, nên có thể dùng phương pháp suy diễn với các
hợp chất no, không no có nhóm chức. Tóm lại, khái niệm lai hoá giúp giải thích khá rõ ràng
cấu trúc các hợp chất hữu cơ.
Tuy nhiên, lai hoá vẫn là một lý thuyết trừu tượng, có tính chất tương đối dùng để giải
thích thực nghiệm, vì vậy không tuyệt đối hoá khái niệm lai hoá với nhiều chất. Nhiều
trường hợp không thể dùng lai hoá để giải thích thì có thể sử dụng thuyết lực đẩy giữa các
cặp electron hoá trị (Thuyết VSEPR) hoặc thuyết MO để giải thích vì dù sao thuyết lai hoá
vẫn là một giả định.

14