Bài giảng Hóa đại cương - Chương 2: Liên kết hóa học và cấu tạo phân tử

ân tử và ion phân tử
trên:
])[(:H
2
2 s1

])[(:H
1
2 s1

])()[(:He
1*
S1
2
2 s1

HÓA ĐẠI CƯƠNG nvhoa102@yahoo.com Chương 2
66
•Khảo sát các phân tử 2 nguyên tử cùng loại (X
2
) của các
nguyên tố CKII:
- Sự tạo thành và phân bố các MO theo năng lượng:
Các nguyên tử nguyên tố CKII có 5 AO (1s, 2s, 2p
x
,
2p
y
, 2p
z
). Sự tổ hợp 10 AO của 2 nguyên tử sẽ tạo thành 10
MO của phân tử: Từ 2 AO 1s tạo thành 2 MO và còn sự tổ
hợp các AO 2s và 2p xảy ra phức tạp:
 Các nguyên tố cuối CK (từ O đến Ne): độ chênh
lệch năng lượng E giữa các AO 2p và 2s lớn nên chỉ xảy
ra sự tổ hợp của AO 2s với 2s và 2p với 2p.
HÓA ĐẠI CƯƠNG nvhoa102@yahoo.com Chương 2
67
Sự tổ hợp 2 AO 2s tạo thành 2 MO 
2s
và *2s .
Sự tổ hợp 2 AO 2p
x
tạo thành 2 MO 2px và 
*
2px
(che phủ theo trục x)
Sự tổ hợp cặp đôi 2 AO 2p
y
và 2 AO 2p
z
tạo thành
các cặp MO(che phủ về 2 phía trục nối hạt nhân).
Các MO tạo thành phân bố theo năng lượng như sau:
HÓA ĐẠI CƯƠNG nvhoa102@yahoo.com Chương 2
68
*
px2
*
pz2
*
py2pz2py2px2
*
s2s2
*
s1s1

 Các nguyên tố đầu CK (từ Li đến N): do độ chênh
lệch năng lượng E giữa các AO 2p và 2s nhỏ nên các AO
2s tổ hợp được với nhau và với các AO 2p:
HÓA ĐẠI CƯƠNG nvhoa102@yahoo.com Chương 2
69
•Sự tổ hợp 2 AO 2s và 2 AO 2px tạo thành 4 MO
*
px2
*
s2px2s2
 , , , 
•Sự tổ hợp các cặp AO 2py hay 2pz tạo thành các cặp
MO *
pz2pz2
*
py2py2
 , và , 
Các MO tạo thành được phân bố như sau: 
*
px2
*
pz2
*
py2px2px2py2s2s2
*
s1s1
 
HÓA ĐẠI CƯƠNG nvhoa102@yahoo.com Chương 2
70
940599289105Nlượng lkết (kj/mol)
1,121,101,241,592,67Chiều dài lkết (A
O
)
2,53211Bậc liên kết

2s




2py,z

    



N
2
C
2
B
2
Li
2
MO
828

s2

z,py2

px2
px2



2
- Sự phân bố e trên các MO: 
 Đối với các nguyên tố đầu CK:
HÓA ĐẠI CƯƠNG nvhoa102@yahoo.com Chương 2
71
 Đối với các nguyên tố cuối CK:
154328494629Nlượng lkết (kj/mol)
1,411,261,211,12Chiều dài lkết (A
O
)
011,522,5Bậc liên kết

2s

2px

2py,z
    
Ne
2
F
2
O
2
MO

z,py2

s2


2


2
HÓA ĐẠI CƯƠNG nvhoa102@yahoo.com Chương 2
72
- Nhận xét:
 Bậc liên kết tăng  Độ dài liên kết giảm 
Năng lượng liên kết tăng  Độ bền liên kết tăng.
 Sự tăng e trên các MO liên kết làm tăng độ
bền của liên kết cũng như phân tử. Ngược lại, sự
tăng e trên các MO phản liên kết làm giảm độ bền
của liên kết cũng như phân tử .
 Trong các phân tử và ion phân tử khảo sát
chỉ có phân tử Ne
2
không tồn tại trong thực tế vì có
bậc liên kết bằng không.
HÓA ĐẠI CƯƠNG nvhoa102@yahoo.com Chương 2
73
Phân tử N
2
có liên kết ba (gồm 1 và 2), là
liên kết có bậc lớn nhất nên có độ dài ngắn nhất và
độ bền lớn nhất.
Cấu hình e hóa trị của N
2
:
2
px2
4
z,py2
2
s2
2
s2
)()()()(  
 Giải thích từ tính:
Những chất thuận từ có e độc thân (bị nam
châm hút),
Ngược lại là những chất nghịch từ
Ví dụ thuận từ có: B
2
, O
2
HÓA ĐẠI CƯƠNG nvhoa102@yahoo.com Chương 2
74
Giải thích màu sắc các chất vô cơ:
Do các e khi bị kích thích sẽ hấp thụ năng
lượng tương ứng các tia vùng ánh sáng thấy được để
chuyển lên orbital có năng lượng cao.
Ví dụ: Iot có màu tím là do e khi chuyển từ
orbital lên orbital hấp thụ năng lượng
tương ứng tia vàng lục - vàng để lại các tia xanh và
đỏ 2 bên tạo ra màu tím.

p5

x5
HÓA ĐẠI CƯƠNG nvhoa102@yahoo.com Chương 2
75
•Các phân tử 2 nguyên tử khác loại của các nguyên
tố CK II:
Các phân tử tạo thành từ 2 nguyên tử của 2
nguyên tố đầu CK và cuối CK (CO, CN, CN

, NO,
NO
+ ) thì phải sử dụng sơ đồ cấu trúc e của các
nguyên tố đầu CK.
HÓA ĐẠI CƯƠNG nvhoa102@yahoo.com Chương 2
76
2.2.3. Phân tử cộng hóa trị và cực tính.
Tự đọc để hiểu được các khái niệm về:
- Phân tử cộng hóa trị có cực và không cực.
- Lưỡng cực, lưỡng cực nhất thời, lưỡng cực cảm
ứng.
- Momen lưỡng cực:
 Đặc trưng cho độ có cực của lkết và phân tử.
 Phụ thuộc vào momen lưỡng cực của các lkết và cặp
e hóa trị tự do, cấu tạo phân tử.
 Tính momen lưỡng cực của lkết và phân tử đơn giản.
HÓA ĐẠI CƯƠNG nvhoa102@yahoo.com Chương 2
77
2.3. LIÊN KẾT ION
* Thuyết tĩnh điện hiện đại về liên kết ion:
Sự tạo thành liên kết ion bao gồm 2 quá trình:
-Quá trình tạo thành các ion từ các nguyên tử
tương tác.
-Quá trình hút nhau bằng lực hút tĩnh điện giữa
các ion này.
Ví dụ:
Na + Cl  Na+ + Cl  NaCl
1s
2
2s
2
2p
6
3s
1
1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
5
1s
2
2s
2
2p
6
1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
Xem liên kết NaCl
HÓA ĐẠI CƯƠNG nvhoa102@yahoo.com Chương 2
78
* Năng lượng liên kết ion:
Năng lượng của liên kết ion trong phân tử ion AB (k) tạo
thành từ các nguyên tử A(k) và B(k) (hóa trị 1):
A(k) = A
+
(k) + e + I
A
(1) B(k) + e = B

(k) + F
B
(2) 
A
+
(k) + B

(k) = AB(k) + E (3) 
Cộng các phương trình (1), (2), (3) được:
A(k) + B(k) = AB(k) + I
A
+ F
B
+ E.
Đặt E
AB
= I
A
+ F
B
+ E thì E
AB
là năng lượng tạo
thành phân tử ion AB (-E) = giá trị năng lượng liên kết
ion AB (+E):
HÓA ĐẠI CƯƠNG nvhoa102@yahoo.com Chương 2
79
* Khả năng tạo liên kết ion của các nguyên tố:
Các nguyên tố có tính kim loại và phi kim loại
càng mạnh càng dễ tạo liên kết ion với nhau, ví dụ kim
loại kiềm và halogen.
* Tính chất liên kết ion:
Liên kết ion có 2 tính chất ngược liên kết cộng 
hóa trị: không bão hòa và không định hướng. 
HÓA ĐẠI CƯƠNG nvhoa102@yahoo.com Chương 2
80
* Sự phân cực ion:
Sự phân cực ion là sự chuyển dịch đám mây e
đối với hạt nhân của một ion dưới tác dụng của điện
trường một ion khác.
Ion có đám mây e bị biến dạng được gọi là ion 
bị phân cực, nó được đặc trưng bằng độ bị phân cực
Ion có điện trường tác dụng được gọi là ion 
phân cực, nó được đặc trưng bằng độ phân cực.
+ -
HÓA ĐẠI CƯƠNG nvhoa102@yahoo.com Chương 2
81
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bị phân cực và
độ phân cực của ion: điện tích, cấu hình e, kích
thước.
Khi điện tích và cấu hình e như nhau thì độ bị
phân cực của ion tăng theo kích thước ion.
Độ bị phân cực nhỏ nhất ở những ion có cấu
hình khí trơ s
2
p
6
, lớn nhất đối với các ion có cấu hình
s
2
p
6
d
10
và trung gian là các ion kim loại chuyển tiếp.
HÓA ĐẠI CƯƠNG nvhoa102@yahoo.com Chương 2
82
Độ phân cực giảm xuống theo chiều tăng kích
thước ion. Khi điện tích tăng độ phân cực của ion
tăng lên.
Anion bị phân cực, còn cation gây phân cực.
Aûnh hưởng lớn đến nhiều tính chất các hợp chất
ion: độ bền, sự điện li, độ tan 
HÓA ĐẠI CƯƠNG nvhoa102@yahoo.com Chương 2
83
2.4. LIÊN KẾT KIM LOẠI
* Thuyết miền năng lượng về liên kết kim
loại:
- Đặc điểm cấu tạo của khối kim loại là mạng tinh
thể:
những ion dương ở nút mạng và
các e tự do (e hóa trị bị bứt ra khỏi nguyên tử)
HÓA ĐẠI CƯƠNG nvhoa102@yahoo.com Chương 2
84
e chuyển động hỗn loạn trong toàn bộ tinh thể
kim loại tạo nên kiểu liên kết đặc biệt của kim loại:
liên kết rất nhiều tâm.
Video clip Video clip 2
HÓA ĐẠI CƯƠNG nvhoa102@yahoo.com Chương 2
85
-Thuyết miền năng lượng nghiên cứu sự chuyển
động của các e tự do này.
Thực chất là áp dụng phương pháp MO vào
nghiên cứu hệ tương tác chứa số nguyên tử khổng
lồ.
Khi các nguyên tử trong tinh thể kim loại tương
tác với nhau thì các AO của chúng sẽ che phủ nhau
tạo nên các miền năng lượng, chứa các orbital
miền năng lượng (tương tự như các AO, MO):
HÓA ĐẠI CƯƠNG nvhoa102@yahoo.com Chương 2
86
 Tương ứng với các trạng thái năng lượng s, p,
d, f  của nguyên tử trong tinh thể kim loại có các
miền năng lượng s, p, d, f  Các miền năng lượng:
Miền hóa trị (chứa các electron hóa trị),
Miền dẫn (miền tự do nằm trên miền hóa trị).
Đối với kim loại 2 miền này che phủ nhau,
Chất rắn nói chung có thể che phủ hoặc không.
Miền cấm (miền e không thể có mặt)
Không che phủ
HÓA ĐẠI CƯƠNG nvhoa102@yahoo.com Chương 2
87
 Sự sắp xếp e vào các orbital miền năng lượng
cũng tuân theo các quy luật đã biết.
Số e tối đa trên mỗi miền năng lượng như sau:
2N đối với miền s,
6N đối với miền p,
10N đối với miền d,
14N đối với miền f (N: số nguyên tử kim loại).
* Áp dụng thuyết miền năng lượng giải thích
cấu hình electron và tính chất của natri:
HÓA ĐẠI CƯƠNG nvhoa102@yahoo.com Chương 2
88
Cấu hình e hóa trị 3s
1
của Na:
Miền hóa trị chỉ có 1N e nên nó chỉ mới được
điền đầy một nửa.
Một nửa miền còn lại tự do và đóng vai trò miền
dẫn.
Khi kích thích nhẹ, ví dụ tác dụng lên kim loại
một điện trường, các e hóa trị dễ dàng chuyển lên
những orbital còn tự do theo hướng của điện trường,
thể hiện tính dẫn điện.
HÓA ĐẠI CƯƠNG nvhoa102@yahoo.com Chương 2
89
2.5. LIÊN KẾT GIỮA CÁC PHÂN TỬ
Tự đọc, để hiểu về các liên kết:
- Van der Walls: bản chất, các thành phần,
năng lượng, ứng dụng thực tế.
- Hyđro: bản chất, năng lượng, ứng dụng giải
thích một số tính chất các chất.
Video clip 1
Video clip 2