Title CHUYÊN ĐỀ 2.1. LIÊN KẾT HÓA HỌC - LEWIS - VB - LAI HÓA.pdf ✅

Chuyên đề 2.1 LIÊN KẾT HÓA HỌC Phần 1: Lí Thuyết 1. Công Thức Lewis ♦ Công thức electron – công thức Lewis Công thức electron Công thức Lewis - Biểu diễn các cặp electron dùng chung và các electron chưa tham gia liên kết (e hóa trị riêng). VD: , , , ... - Thay mỗi cặp electron dùng chung bằng một gạch nối “–”. VD: , , , ... ♦ Các bước viết công thức Lewis - Bước 1: Xác định tổng số electron hóa trị trong phân tử. - Bước 2: Vẽ khung phân tử với các liên kết đơn giữa nguyên tử trung tâm với các nguyên tử xung quanh. Nguyên tử trung tâm thường là các nguyên tử cần nhiều electron nhất để đạt octet. - Bước 3: Điền các electron hóa trị chưa tham gia liên kết vào các nguyên tử có độ âm điện lớn hơn (thường là các nguyên tử xung quanh) để đạt octet. - Bước 4: Tính số electron hóa trị còn lại. + Nếu còn các electron hóa trị thì sử dụng để hoàn thành octet của nguyên tử trung tâm. + Nếu số electron hóa trị đã hết mà nguyên tử trung tâm chưa đạt octet thì chuyển các cặp electron chưa tham gia liên kết từ nguyên tử xung quanh để tạo liên kết đôi, liên kết ba với nguyên tử trung tâm, sao cho phù hợp với hóa trị của nguyên tố. - Chú ý một số trường hợp ngoại lệ: nguyên tử trung tâm có số electron lẻ (NO, NO2, ...), ít hơn 8 electron (BeCl2, BH3, ...) hoặc nhiều hơn 8 electron (PCl5, SF6, ...). 2. Thuyết Lai Hóa 2.1. Khái niệm lai hóa a. Từ công thức cấu tạo của phân tử CH4 đưa ra khái niệm lai hóa Nguyên tử C làm tâm và 4 nguyên tử H là 4 đỉnh của tứ diện đều và các góc liên kết HCH đều bằng 109 28 ° ¢ Mà từ cấu hình electron của nguyên tử * C Thấy rằng 4 electron hoá trị tạo ra 4 liên kết C - H không giống nhau (gồm 1 electron s và 3 electron p) mà vẫn tạo được 4 liên kết giống hệt nhau. Để giải thích hiện tượng này các nhà hoá học John C. Slater và Linus Pauling đã đề ra thuyết lai hoá, theo thuyết này đã có sự tổ hợp "trộn lẫn" một số orbital trong một nguyên tư, và trong trường hợp trên chính là orbital 2s đã tổ hợp " trộn lẫn” với 3 orbital 2p để tạo ra 4 orbital lai hoá sp3 giống hệt nhau, bốn orbital lai hoá này xen phủ với 4 orbital 1 s của 4 nguyên tử H tạo ra 4 liên kết C H- hoàn toàn giống nhau. Sự lai hoá orbital nguyên tử là sự tổ hợp " trộn lẫn" một số orbital trong một nguyên tử để được từng ấy orbital lai hoá giống nhau nhưng định hướng khác nhau trong không gian. b. Điều kiện để trạng thái lai hoá orbital của nguyên tử xảy ra và tạo được liên kết bền - Các orbital chỉ được lai hoá với nhau khi năng lượng của chúng xấp xỉ bằng nhau.
- Mật độ electron của các orbital nguyên tử tham gia lai hoá phải đủ lớn để độ xen phủ của orbital lai hoá với orbital nguyên tử khác đủ lớn để tạo ra liên kết bền. c. Đặc điểm của lai hóa - Số AO tham gia tổ hợp bằng tổng số các lai hoá thu được. - Các AO lai hoá là các AO suy biến, nghĩa là các AO có năng lượng và kích thước hoàn toàn như nhau nhưng khác nhau về sự định hướng (phương) ở trong không gian.. - Đặc điểm hình học của AO lai hoá là có một đầu (hay một phần) nở rộng còn đầu kia bị thu hẹp. - Sự định hướng các AO lai hoá trong không gian thể hiện sự phân bố mật độ electron trong không gian. 2.2. Một số kiểu lai hóa * Lai hóa sp - Một AO ns lai hóa với một AO np, tạo thành hai AO lai hóa sp giống hệt nhau nằm thẳng hàng với nhau, tạo thành góc giữa hai AO lai hóa 1800 . - Có thể hình dung quá trình lai hoá đó xảy ra như sau: Hình 3.1. Lai hóa sp AO 2p - z có đối xứng đối với trục z . AO 2 s - có đối xứng cầu. Tổ hợp tuyến tính 2AO đó tạo ra 2AO mới cùng nằm trên trục z ; mỗi AO mới này có phần mở rộng, phần bị thu hẹp. Cả 2 AO lai hoá sp đều nằm trên cùng một đường thẳng: trục z . Do đó người ta gọi lai hoá sp là lai hóa thẳng. - Những loại hợp chất có kiểu lai hoá sp thường gặp (có dạng AB2 ) như: BeCl , ZnCl 2 2 , BeH2 hay C H2 21⁄4 - Lai hoá sp là nguyên nhân dẫn đến tính thẳng hàng (góc liên kết bằng 180° ) của các liên kết trong những phân tử trên. * Lai hóa sp2 - Một AO ns lai hóa với hai AO np, tạo thành ba AO lai hóa sp2 giống hệt nhau nằm trên một mặt phẳng. Ba AO này hướng tới ba đỉnh của tam giác đều, tạo thành góc giữa các AO lai hóa 1200 . Tương tự như AO lai hoá sp, 2 AO sp - cũng bị biến dạng so với AO cơ bản, có phần mở rộng và phần bị thu hẹp. - Hình dung quá trình lai hoá và sự định hướng các AO trong không gian được mô tả như sau: Hình 3.2. Lai hóa sp2 - Ba 2 AO sp - cùng nằm trong một mặt phẳng, góc tạo bởi hai trục của hai AO cạnh nhau là 120° . Do đó lai hoá 2 sp được gọi là lai hóa tam giác. - Những hợp chất AB3  có kiểu lai hoá 2 sp thường gặp như BF , BCl ,SO 3 3 3 hay C H2 41⁄4 * Lai hóa sp3 - Một AO ns lai hóa với ba AO np, tạo thành bốn AO lai hóa sp3 giống hệt nhau. Bốn AO này hướng tới bốn đỉnh của hình bốn mặt đều, tạo thành góc giữa các AO lai hóa 109028’. - Có thể hình dung quá trình lai hoá 3 sp như sau:

3. Mô hình đẩy giữa các cặp electron hóa trị (thuyết Gillespie) - Mô hình đẩy giữa các cặp electron hóa trị (VSEPR) do Gillespie đề xuất để dự đoán cấu trúc phân tử dựa vào sự suy luận như sau - Các cặp electron liên liên kết và không liên kết (có khi là electron độc thân) ở lớp ngoài phân bố xung quanh nguyên tử sao cho lực đẩy giữa chúng là nhỏ nhất. - Theo mô hình VSEPR một phân tử bất kì có dạng: AXnEm Trong đó: + A: nguyên tử trung tâm. + X: nguyên tử xung quanh liên kết với nguyên tử A (hay cặp e tạo liên kết σ của A). + n: là số nguyên tử X đã liên kết với nguyên tử A (hay số cặp e tạo liên kết σ của A). + E: cặp electron hóa trị chưa tham gia liên kết của nguyên tử A + m: số cặp electron hóa trị chưa tham gia liên kết của A (Nếu A tạo liên kết đôi, ba hay lẻ 1 electron thì vẫn được tính tương đương với 1 cặp electron). - Nội dung mô hình VSEPR: (1) Hình học phân tử phụ thuộc vào tổng số cặp electron hóa trị của nguyên tử trung tâm: (n + m) (2) Các cặp electron hóa trị được phân bố xung quanh nguyên tử trung tâm sao cho lực đẩy giữa chúng là nhỏ nhất. (3) Lực đẩy giữa các cặp electron dùng chung (X) và cặp electron chưa tham gia liên kết (E) giảm theo thứ tự: E – E > E – X > X – X. Bảng 3.1. Cấu trúc của một số phân tử và ion theo thuyết Gillespie m + n Trạng thái lai hóa Công thức VSEPR Sơ đồ đa diện Cấu trúc phân tử AXm Phân tử liên kết đơn Phân tử liên kết bội 2 sp AX2E0 3.6a X A X Hai cặp electron liên kết đẩy nhau ⇒ phân tử có cấu trúc thẳng, góc liên kết (góc hóa trị) 180o .     2 2 2 2 2 2 3 2 BeH , BeCl , CdX , HgX , AgI , CuCl , Ag NH ,- - + é ù ë û 1⁄4 2 2 2 2 3 CO , N , C H , N , HCN, - 1⁄4