Title Chuyên đề 3. Cấu tạo phân tử và liên kết hóa học.doc ✅

Trang 1 CHUYÊN ĐỀ 3 CẤU TẠO PHÂN TỬ VÀ LIÊN KẾT HOÁ HỌC A. LÍ THUYẾT CƠ BẢN VÀ NÂNG CAO I. KHÁI QUÁT VỀ PHÂN TỬ VÀ LIÊN KẾT  1. Khái niệm Phân tử gồm một số có giới hạn các nguyên tử và các electron tương tác với nhau và được phân bố một cách xác định trong không gian tạo thành một cấu trú thống nhất bền vững.  Giữa các phân tử có 1 tương tác chủ yếu được gọi là tương tác Vandevan, vì vậy tuỷ nhiệt độ và ánh sáng các phân tử chẳng những tồn tại ở trạng thái khí phân tán mà còn tồn tại ở trạng thái ngưng tụ: rắn, lỏng.  Liên kết hoá học là sự kết hợp giữa các nguyên tử tạo thành phân tử hay tinh thê bền vững hơn.  2. Quy tắc bất tử (8 electron) Nguyên tử của các nguyên tố có khuynh hướng liên kết với các nguyên tử khác để đạt được cấu hình electron vững bền của các khí hiểm với 8 electron (hoặc 2 đối với heli) ở lớp ngoài cùng.  Với quy tắc bát tử, người ta có thể giải thích một cách định tính sự hình thành các loại liên kết trong phân tử, đặc biệt là cách viết công thức cấu tạo trong các hợp chất thông thường.  Vì phân tử là một hệ phức tạp nên nhiều trường hợp quy tắc bát tử tỏ ra không đầy đủ. Ví dụ: 522PClBeHLiCl,N,O,NO, , ... II. LIÊN KẾT ION  1. Sự hình thành ion a) lon  Nguyên tử trung hoà về điện vì số proton bằng số electron. Trong phản ứng hoá học, nếu nguyên tử mất bớt hoặc thu thêm electron, nó sẽ trở thành phần tử mang điện tích dương hoặc âm. Nguyên thư hoặc nhóm nguyên tử mang điện được gọi là ion.  • Ion dương (hay cation): Ion mang điện tích dương được gọi là ion dương hay cation. Thí dụ:  2 3 NaNale MgMg2e AlAl3e       Người ta gọi tên cation kim loại bằng cách đặt trước tên kim loại từ cation. Thí dụ: Li : cation liti; 2 Mg : cation magie, 3Al : cation nhôm; Cu : cation đồng I; 2Cu : cation dòng II; ...  • Ion âm (hay anion): Ion mang điện tích âm được gọi là ion âm hay anion. Thí dụ:  2 2 C11eCl O2eO S2eS       Người ta thường gọi tên các anion bằng tên gốc axit tương ứng. Thí dụ: F :ion florua ; Cl : ion clorua ; 2 S : ion sunfua. Ion 2O được gọi là ion oxit. b) Ion đơn nguyên tử và ion đa nguyên tử Ion đơn nguyên tử là ion được tạo nên từ một nguyên tử. Thí dụ: 32,Li,AlCaB,r ,...  Ion đa nguyên tử là ion được tạo nên từ nhiều nguyên tử liên kết với nhau để thành một nhóm nguyên
Trang 2 tử mang điện tích dương hay âm. Thí dụ, ion amoni (NH 4 ), ion nitrat ( 3NO ), ion sunfat ( 2 4SO ), ion đihiđro photphat ( 24HPO ), ...  2. Liên kết ion Là liên kết được tạo thành do lực hút tĩnh điện giữa các ion mang điện tích trái dấu.  - Trong phân tử nếu cặp electron chung bị lệch hẳn về phía một nguyên tử ta sẽ có liên kết ion.  - Liên kết ion thường được hình thành giữa kim loại điển hình và phi kim điển hình. - Liên kết A - B là liên kết ion  Hiệu độ âm điện ( AH1,7 . Khi đó A sẽ nhường hắn electron hóa trị cho B để trở thành các ion t  Thí dụ: Liên kết NaCl là liên kết ion vì trong quá trình hình thành liên kết Na đã nhường 1 electron hóa trị cho Cl để trở thành các ion Na và Cl .  Na + Cl  Na + Cl 2261 1s2s2p3s 226251s2s2p3s3p 2261s2s2p 226261s2s2p3s3p Hai ion được tạo thành mang điện tích trái dấu hút nhau bằng lực hút tĩnh điện, tạo nên phân tử NaCl.  NaClNaCl 3. Tinh thể và mạng tinh thể ion a) Khái niệm về tinh thể  Tinh thể được cấu tạo từ những nguyên tử, hoặc ion, hoặc phân tử. Các hạt này sắp xếp một cách đều đặn, tuần hoàn theo một trật tự nhất định trong không gian tạo thành mạng tinh thể. Các tinh thể thường có hình dạng không gian xác định.  b) Mạng tinh thể ion  Xét mạng tinh thể NaCl: Mạng tinh thể NaCl có cấu trúc hình lập phương. Các ion Na và Cl nằm ở các nút mạng tinh thể một cách luân phiên.  Trong tinh thể NaCl, cứ một ion Na được bao quanh bởi 6 ion Cl Ngược lại, một ion Cl được bao quanh bởi 6 ion Na .  Mô hình mạng tinh thể NaCl Tinh thể NaCl được tạo bởi rất nhiều ion Na và Cl , không có phân tử NaCl riêng biệt. Tuy vậy, để đơn giản người ta chỉ viết NaCl. Tương tự đối với các hợp chất ion khác như: KCl, 2MgCl , ...  c) Tính chất chung của hợp chất ion  Ở điều kiện thường, các hợp chất ion thường tồn tại ở dạng tinh thể, có tính bền vững, thường có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi khá cao. Các hợp chất ion chỉ tồn tại ở dạng phân tử riêng rẽ khi chúng ở trạng thái hơi. Các hợp chất ion thường tan nhiều trong nước. Khi nóng chảy và khi hoà tan trong nước chúng dẫn điện, còn trạng thái rắn thì không dẫn điện. III. LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ  1. Liên kết cộng hoá trị 
Trang 3 Liên kết cộng hoá trị là liên kết được hình thành bằng một hay nhiều cặp electron chung.  Mỗi cặp electron chung tạo nên một liên kết cộng hóa trị.  - Liên kết cộng hóa trị thường được hình thành từ hai nguyên tử phi kim có độ âm điện bằng nhau hoặc chênh lệch nhau không nhiều ( 01,7„ ).  Dựa vào vị trí của cặp electron liên kết mà người ta phân ra làm hai loại:  • Liên kết cộng hoá trị không cực Là liên kết xảy ra trong các đơn chất như 22222H,O,Cl,N,Br, ....  Cặp electron chung không bị lệch về nguyên tử của nguyên tố nào. Do đó, liên kết trong phân tử đó không bị phân cực. Đó là liên kết cộng hóa trị không có cực. Thí dụ:  Sự hình thành liên kết cộng hóa trị không có cực trong phân tử Họ có thể biểu diễn như sau:  H.H  H : H  H - H   Công thức electron Công thức cấu tạo  • Liên kết cộng hoá trị có cực Liên kết cộng hóa trị trong đó cặp electron chung bị lệch về phía một nguyên tử (có giá trị độ âm điện lớn hơn), thì đó là liên kết cộng hóa trị có cực. Thí dụ: Sự hình thành liên kết cộng hóa trị có cực trong phân tử HCl có thể biểu diễn như sau:  H. + .Cl:    H :Cl:    H-Cl Công thức electron Công thức cấu tạo Quy ước: 00.4„ liên kết cộng hóa trị không có cực.  0,41,7„ liên kết cộng hóa trị có cực. 2. Liên kết cho - nhận (trường hợp đặc biệt của liên kết cộng hóa trị)  Trong một số trường hợp cặp electron chung chỉ do một nguyên tử của nguyên tố đóng góp thì liên kết giữa hai nguyên tử là liên kết cho - nhận. Thí dụ:  Công thức electron và công thức cấu tạo của phân tử SO 2 , có thể biểu diễn như sau:  Công thức electron Công thức cấu tạo 3. Liên kết kim loại.  Liên kết kim loại là liên kết được hình thành giữa các nguyên tử và ion kim loại trong mạng tinh thể do sự tham gia của các electron tự do. Thí dụ:  Trong tinh thể kim loại Na, ion Na + và nguyên tử Na nằm ở những nút của của mạng tinh thể, Các electron hóa trị liên kết yếu với hạt nhân nên dễ tách khỏi nguyên tử và chuyển động tự do trong mạng tinh thể. Lực hút gữa các electron này với các ion Na + tạo nên liên kết kim loại.  4. Liên kết sigma (8)  Sự xen phủ trong đó trục các obitan tham gia liên kết trùng với đường nối tâm của hai nguyên tử liên kết gọi là sự xen phủ trục.  Liên kết  được hình thành do sự xen phủ trục của hai obitan. Độ bền liên kết 6 theo thứ tự:  nsnsnsnpnpnp
Trang 4 5. Liên kết pi (  ) Sự xen phủ trong đó trục của các obitan tham gia liên kết song song với nhau và vuông góc với đường nội tâm của hai nguyên tử liên kết được gọi là sự xen phủ bên.  Liên kết  được hình thành do sự xen phủ bên của hai obitan.  6. Liên kết ba tâm  Khi nghiên cứu hiđrua của bo người ta dự đoán nó tồn tại ở dạng BH 3 phân tử monome bình thường. Song hợp chất này không xuất hiện, mà xuất hiện dạng polime, phổ biến nhất là dạng đime B 2 H 6 . Nếu vẽ sơ đồ phân bố electron thì rõ ràng không đủ Số electron để tạo từng cặp electron giữa hai nguyên tử tạo liên kết, tức là hợp chất này thiếu electron. Cấu tạo của boran B 2 H 6 được mô tả ở hình dưới đây:  Hiện nay bản chất của liên kết trong các hợp chất thiếu electron được mô tả tốt nhất trong phạm vi thuyết MO, tức là liên kết cộng hoá trị được tạo ra bằng sự tổ hợp AO của một nguyên tử này với một nguyên tử khác để tạo ra 2 MO liên kết và phản liên kết. Nếu nghiên cứu hợp chất 3 nguyên tử, thì sự tổ hợp sẽ tạo ra 3 MO gồm MO lk , MO plk và MO klk . .  Áp dụng cách lập luận này đối với phân tử B 2 H 6 có thể biểu diễn nó thành hai nhóm BH 2 tất cả các nguyên tử trong nhóm này đều nằm trên một mặt phẳng như được mô tả ở hình sau: Trong mỗi nhóm BH 2 có 2 liên kết 2 electron và một electron độc thân. Sau đó hai phần được liên kết với nhau nhờ các hiđro. Ở đây xuất hiện sự thiếu hụt electron vì liên kết BHB chỉ được sắp xếp 2 electron. Có thể xây dựng hai liên kết 3 tần, mỗi liên kết được tạo ra bởi cabitan phân tử của hai nguyên tử bo và một nguyên tử H. Đối với loại liên kết này phải sử dụng sự tổ hợp của 2 AO lai hoá sp 3 của hai nguyên tử bo và AOs của nguyên tử H. Kết quả xuất hiện 2 bộ MO 3 tâm với 4 electron làm cho cấu trúc phân tử trở nên bền hơn.  Ví dụ: a) Tại sao có các phân tử 333BF,BCl,BBr , nhưng không có phân tử BH 3 ?