Bài giảng hóa học đại cương đại học thủy lợi 2

Chương 10. Liên kết hóa học và cấu tạo phân tử


10.1 – Obitan và các lí thuyết về liên kết
- thuyết liên kết hóa trị (thuyết VB)
- thuyết obitan phân tử (thuyết MO)
Cả hai thuyết này đều có ưu điểm. Mỗi thuyết được sử
dụng cho những mục đích khác nhau.
Tính thuận từ và nghịch từ của phân tử O2 và N2:


10.2 - Thuyết liên kết hóa trị
10.2.1. Cơ sở lí thuyết: xét phân tử H2


Quan điểm chính của phương pháp liên kết hóa trị VB
•

Các obitan hóa trị xen phủ để tạo thành liên kết giữa

2 ngun tử.
•

2 electron có spin ngược nhau, có thể ở cùng nhau

trong một obitan xen phủ. Thông thường mỗi electron
ñược cung cấp bởi mỗi nguyên tử tham gia liên kết.
•

Do sự xen phủ các obitan, các electron liên kết có

khả năng tìm thấy cao hơn trong vùng khơng gian bị ảnh
hưởng của hai hạt nhân.


Ví dụ:
- H2
H

H

(s)

(s)

H2
liên kết s - s

- HCl

H
(s)

Cl
(p)

HCl
liên kết s - p


+ Cl2

Cl

Cl

Cl2

(p)

(p)

liên kết p - p


10.2.2. Các loại liên kết
- Liên kết σ: liên kết có khu vực xen phủ dọc theo các
trục tọa độ.
Ví dụ: liên kết s-s;

liên kết s-p;

liên kết p-p

- Liên kết ∏: liên kết có khu vực xen phủ vng góc
theo các trục tọa ñộ.


Ví dụ: liên kết p-p; liên kết p-d;

liên kết d-d

C2H2


HCHO


- Liên kết δ: liên kết có khu vực xen phủ đối xứng qua
mặt phẳng liên kết
ví dụ: liên kết d – d
⇒ Trật tự ñộ bền: σ > ∏ > δ
g. Sự ñịnh hướng trong liên kết
- Khi mật ñộ e phụ thuộc vào phương xen phủ thì liên
kết có tính định hướng (liên kết s-p, liên kết p-p).
- Khi mật độ e khơng phụ thuộc vào phương xen phủ thì
liên kết khơng có tính định hướng (liên kết s-s).


10.2.3. Sự lai hóa các obitan nguyên tử
a. ðặt vấn ñề: Sự xen phủ thuần túy các obitan không
miêu tả được tồn bộ liên kết trong các phân tử.
Ví dụ:

Xét BeCl2
17

Cl: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

4

2

2

Be: ở trạng thái cơ bản 1s 2s

ở trạng thái kích thích 1s2 2s1 2p1
Nếu xen phủ thông thường:

Cl

Be

Cl

p

(s, p)

p


→

1 liên kết s-p và 1 liên kết p-p

Thực tế khi xác ñịnh bằng thực nghiệm, liên kết trong
BeCl2 lại hồn tồn giống nhau. Lý do ???
Giải quyết vấn đề

Linus Pauling đưa ra lí thuyết về sự lai hóa obitan.
Obitan lai hóa, có thể được tạo ra bằng cách trộn lẫn các
obitan s, p (khi cần cả obitan d) trên 1 nguyên tử.


b. Sự lai hóa các obitan nguyên tử
- Khái niệm: Lai hóa là sự tổ hợp các obitan khác nhau
thành các obitan đồng nhất về năng lượng và hình dạng

Ban ñầu

Tổ hợp

Lai hóa


- ðặc điểm
+ số obitan lai hóa ln ln bằng số obitan tham gia tổ
hợp.
+ Các obitan lai hóa được tạo ra bởi 1 nguyên tử trung
tâm của phân tử hoặc ion


c. Lai hóa sp1: sự tổ hợp giữa 1 obitan s với 1 obitan p
- tổ hợp về năng lượng trong nguyên tử Be
4

Be: ở trạng thái cơ bản

1s2 2s2

ở trạng thái kích thích 1s2 2s1 2p1
E

2p
2s

trạng thái cơ bản

2p

sp1

2s

kích thích

lai hóa


- tổ hợp về hình dạng trong nguyên tử Be

s

p

Hình dạng lai hóa sp1


Cl

Be
(p – sp1)

Cl
(sp1 - p)

Góc liên kết của sp1: 180o
Hình học phân tử: dạng ñường thẳng



d. Lai hóa sp2: sự tổ hợp giữa 1 obitan s với 2 obitan p.
Xét phân tử BCl3
- tổ hợp về năng lượng
5

B:

ở trạng thái cơ bản

1s2 2s2 2p1

ở trạng thái kích thích 1s2 2s1 2p2

E
2p

2p
sp2

2s

trạng thái cơ bản

2s

kích thích

lai hóa


- tổ hợp về hình dạng


Hình dạng lai hóa sp2
Cl

B

Cl

Góc liên kết của
sp2: 120o
Hình học phân tử:
dạng tam giác

Phân tử BCl3
Cl

Phân tử BF3



e. Lai hóa sp3: sự tổ hợp giữa 1 obitan s với 3 obitan p.
Xét phân tử CH4
- tổ hợp về năng lượng
6

C:

ở trạng thái cơ bản

1s2 2s2 2p2

ở trạng thái kích thích 1s2 2s1 2p3
E
2p
2s

cơ bản

2p

sp3

2s

kích thích

lai hóa