Gói VIP thi online tại VietJack (chỉ 200k/1 năm học), luyện tập gần 1 triệu câu hỏi có đáp án chi tiết. Nâng cấp VIP CÂU HỎI HOT CÙNG CHỦ ĐỀCâu 1:Sử dụng kết quả tính toán đề thấy được xu hướng thay đổi độ dài liên kết, góc liên kết, năng lượng phân tử trong dãy chất, ví dụ CH4, NH3, H2O phù hợp với định luật tuần hoàn. Câu 2:Tạo file dữ liệu và thực hiện phép tính tối ưu hoá cấu trúc của phân tử, tính nhiệt hình thành và năng lượng phân tử của NH3, CH4. Hướng dẫn: File dữ liệu để tối ưu hoả cấu trúc, tinh nhiệt hình thành và năng lượng phân tử của NH3 bằng phần mềm MOPAC có nội dung như sau:  Trong đó 120.0 là giá trị góc nhị diện của hai mặt phẳng: H(4)N(2)H(3) và N(2)H(3)H(1). Cách tiến hành: thực hiện theo các bước như ở Hoạt động 1, Hoạt động 2 và Hoạt động 3, ở các mục II, III. Câu 3:Tạo file dữ liệu để tối ưu hóa cấu trúc của phân tử H2O. Câu 4:Sử dụng kết quả tính tối ưu hóa cấu trúc để thấy được cấu trúc hình học, hiển thị được các tham số cấu trúc của phân từ NH3, CH4. Từ đó, thấy được xu hướng biến đổi độ dài liên kết H−X và góc liên kết HXH (X là O, N, C). Giáo án bài Qui Tắc Đếm - Chức năng cao quý ấy phải được tiến hành thường xuyên, phải làm thếnào cho văn Related documents
Preview textChương IV. LIÊN KẾT HÓA HỌC VÀ CẤU TẠO PHÂN TỬ
Hình 4. Tương tác các hạt mang điện Trong các tương tác hóa học chỉ có các e của những phân lớp ngoài cùng thực hiện liên kết, đó là các e hóa trị. Theo cơ học lượng tử, nghiên cứu liên kết là nghiên cứu sự phân bố mật độ e trong trường hạt nhân của các nguyên tử tạo nên hợp chất. 2. Một số đặc trưng của liên kết Những thông số chính đặc trưng cho phân tử và cho liên kết là độ dài liên kết, góc hóa trị và năng lượng liên kết. Độ dài liên kết: Là khoảng cách giữa hai hạt nhân của các nguyên tử tương tác với nhau. ví dụ: Liên kết H - F H – Cl H – Br H – I D (Ǻ) 0 1 1 1. Độ dài liên kết thay đổi có qui luật và phụ thuộc vào : o Kiểu liên kết o Trạng thái hóa trị của các nguyên tố o Độ bền hợp chất ... Góc hóa trị: Là góc tạo bởi hai đoạn thẳng tưởng tượng nối hạt nhân nguyên tử trung tâm với hai hạt nhân nguyên tử liên kết. Góc hóa trị cũng thay đổi có qui luật và phụ thuộc vào: o Bản chất nguyên tử tương tác o Kiểu hợp chất o Dạng hình học phân tử Năng lượng liên kết: Là năng lượng cần tiêu tốn để phá hủy liên kết hay năng lượng giải phóng khi tạo thành liên kết. Năng lượng liên kết phụ thuộc vào: o Độ dài o Độ bội (bậc liên kết) o Độ bền liên kết II. LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ THEO CƠ HỌC LƯỢNG TỬ Có hai phương pháp thông dụng là phương pháp liên kết hóa trị (VB) và phương pháp orbital phân tử (MO). 1. Phương pháp liên kết hóa trị (phương pháp VB) a. Liên kết cộng hóa trị theo phương pháp VB Ví dụ: Phân tử H 2 Ở một thời điểm bất kỳ các hạt nhân và các e có vị trí tương đối như sau: 1 2 a b Hình 4. Vị trí tương đối của electron và hạt nhân trong phân tử H 2 Phương trình sóng Schrodinger viết cho hệ phân tử H – H: 82 02 2 2 2 2 2 2 x y z hm E V Với V là thế năng của hệ: 2 2 1 2 2 2 1 2 12 2 2 ab a a b rb e r e r e r e r e r V e Khi hai nguyên tử ở xa nhau vô cùng, chỉ có tương tác giữa e và hạt nhân của từng nguyên tử riêng lẻ. Lúc đó sự chuyển động của e được mô tả bằng hàm sóng của nguyên tử H: a 1 1 e ra 1 b 2 1 e rb 2 Một cách gần đúng, hàm sóng Ψ của phân tử H 2 : a 1 b 2 o Cơ chế cho nhận: Liên kết hình thành do một nguyên tử tương tác đưa ra cặp e hóa trị tự do, còn nguyên tử kia nhận lấy. Điều kiện tạo liên kết cho nhận : nguyên tử cho phải có cặp e tự do ; nguyên tử nhận phải có AO trống. Khả năng tạo liên kết cộng hóa trị (theo cả hai cơ chế ghép đôi và cho - nhận) được quyết định bởi số AO hóa trị (AO trống, AO chứa electron độc thân và AO chứa cặp electron ghép đôi). Điều kiện tạo liên kết cộng hóa trị: o Năng lượng của các AO tham gia xen phủ phải xấp xỉ nhau. o Các AO tham gia xen phủ phải có mật độ e đủ lớn. o Các AO tham gia xen phủ phải cùng tính định hướng. Biểu diễn liên kết cộng hóa trị: H : H hoặc H – H d. Các loại liên kết cộng hóa trị Liên kết cộng hóa trị : được hình thành do sự che phủ của các AO dọc theo trục nối hai hạt nhân. Có thể xuất hiện giữa tất cả các loại AO: s – s, p – p, s – p, s – d, p – d ... Hình 4. liên kết Sigma Liên kết cộng hóa trị : được hình thành do sự che phủ của các AO về hai bên của trục nối hai hạt nhân. Trường hợp này thường tương ứng với sự che phủ p – p, d – d, p – d... Do mật độ che phủ nhỏ hơn nên liên kết kém bền hơn . Hình 4. liên kết pi Liên kết cộng hóa trị : hình thành do 2 AO d nằm trong hai mặt phẳng song song che phủ lẫn nhau theo cả 4 cánh hoa. Hình 4. liên kết Delta e. Bậc liên kết: Là số liên kết tạo thành giữa hai nguyên tử tham gia liên kết. Bậc 1 (liên kết đơn) Bậc 2 (liên kết đôi) Bậc 3 (liên kết 3) CH 4 NO 2 HCN *Bậc liên kết có thể là số lẻ khi có mặt liên kết di động Ví dụ: C 6 H 6 Bậc liên kết = 1, f. Tính chất của liên kết cộng hóa trị: Tính chất đặc trưng của liên kết cộng hóa trị là: Tính bão hòa: Vì mỗi nguyên tố hóa học chỉ có một số giới hạn AO hóa trị nên số giới hạn liên kết cộng hóa trị có thể tạo được cũng là hữu hạn. Đó là tính bão hòa của liên kết cộng hóa trị (ngược lại với liên kết ion, liên kết kim loại thì không). Tính phân cực: Đôi điện tử trong liên kết cộng hóa trị có thể bị lệch về phía nguyên tử có độ âm điện cao hơn, đó là sự phân cực của liên kết cộng hóa trị. Đám mây e lệch về phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn làm nguyên tử phân cực âm, nguyên tử kia sẽ phân cực dương.
Nguyên tử trung tâm Ví dụ C 2 H 2 BH 3 CH 4 Dự đoán trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm A trong phân tử AB n y = 2 → A ở trạng thái LH sp → góc LH 180 0 y = 3 → A ở trạng thái LH sp 2 → góc LH 120 0 y = 4 → A ở trạng thái LH sp 3 → góc LH 109 0 28’ x - số e hóa trị tự do n – số nguyên tử biên Dự đoán cấu hình không gian của ptử - Đối với các phân tử ABn không có chứa AOLH tự do: Góc lk = góc LH - Đối với các phân tử ABn có AOLH tự do: - Hiệu ứng đẩy của ↑↓ tự do > của ↓↑ LK > của ↑ - Nếu χA < χB: Đám mây e nằm lệch về phía B → góc dễ bị thu hẹp hơn - Nếu χA > χB: Đám mây e nằm lệch về phía A → góc khó bị thu hẹp hơn Kiểu lai hóa của ngtử trung tâm Dạng phân tử Cấu hình không gian của phân tử sp AB 2 Đường thẳng sp 2 AB 3 Tam giác phẳng AB 2 Góc ( 1200 ) sp 3 AB 4 Tứ diện AB 3 Tháp tam giác AB 2 Góc ( 1090 28’) y x 2 n 3. Phương pháp orbital phân tử a. Nội dung cơ bản của phương pháp MO Theo thuyết MO thì phân tử phải được xem là một hạt thống nhất bao gồm các hạt nhân và các e của các nguyên tử tương tác. Trong đó mỗi electron sẽ chuyển động trong điện trường do các hạt nhân và các electron còn lại gây ra. Tương tự như trong nguyên tử, trạng thái của electron trong phân tử được xác định bằng các OM. Mỗi một MO cũng được xác định bằng tổ hợp các số lượng tử đặc trưng cho năng lượng, hình dạng..ủa orbital. l 0 1 2 3 AO trong nguyên tử s p d f MO trong phân tử Các MO khác nhau bởi sự phân bố mật độ electron tương đối so với trục liên nhân: o - dọc theo trục nối hạt nhân o - nằm về hai phía trục nối hạt nhân Các MO được hình thành do sự tổ hợp tuyến tính (cộng hay trừ) các AO (tức là sự xen phủ) o Sự tổ hợp cộng các AO sẽ tạo thành các MO liên kết (, ...) có năng lượng nhỏ hơn năng lượng của các AO tham gia tổ hợp o Sự tổ hợp trừ các AO sẽ tạo thành các MO phản liên kết (* ,* ...) có năng lượng lớn hơn năng lượng của các AO tham gia tổ hợp o MO không liên kết ( 0 , 0 ...) do các AO chuyển nguyên vẹn mà thành. Các MO này không ảnh hưởng tới liên kết. Năng lượng của các MO không liên kết bằng năng lượng của các AO tạo thành nó. Hình 4. Tổ hợp các AO tạo MO Các phân tử hai nguyên tử của những nguyên tố chu kỳ II Hình 4. MO nguyên tố chu kỳ II Các phân tử của nguyên tử đầu chu kỳ (từ Li – N): Phân tử, ion Li 2 Be 2 B 2 C 2 N 2 N 2 Tổng số e hóa trị 2 4 6 8 10 11 X ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ Y , Z ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ X ¾ ¾ ¾ ¾ ̄ Y , Z ¾ ¾ ¾ ¾ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ S ¾ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ S ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ Bậc liên kết 1 0 1 2 3 2, Độ dài liên kết (Å) 2,67 – 1,59 1,24 1,10 1, Năng lượng lk (kJ/mol) 105 – 289599940828 Từ tính nghịch từ – thuận từ nghịch từ nghịch từ thuận từ Các phân tử của nguyên tử cuối chu kỳ (O – Ne): Phân tử, ion O 2 O 2 O 2 F 2 F 2 Ne 2 Tổng số e hóa trị 11 12 13 14 15 16 x ¾ ¾ ¾ ¾ ̄ , zy ¾ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ , zy ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ x ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ s ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ s ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ Bậc liên kết 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Độ dài liên kết (Å) 1,12 1,21 1,26 1,41 – Năng lượng lk (kJ/mol) 629494328154 – Từ tính thuận từ thuận từ thuận từ nghịch từ thuận từ – Các phân tử hai nguyên tử khác loại của những nguyên tố chu kỳ II: Các MO tạo thành tương tự trường hợp phân tử 2 nguyên tử cùng loại chu kỳ II. Phân tử, ion N 2 CO CN– NO+ Tổng số e hóa trị 10 10 10 10 x ¾ ¾ ¾ ¾ , zy ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ x ̄ ̄ ̄ ̄ , zy ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ s ̄ ̄ ̄ ̄ s ̄ ̄ ̄ ̄ **III. Liên kết ion
Hình 4. Liên kết ion 2. Khả năng tạo liên kết ion của các nguyên tố: Khả năng tạo liên kết ion phụ thuộc vào khả năng tạo ion của các nguyên tố: o Các nguyên tố có năng lượng ion hóa càng nhỏ (kim loại kiềm, kiềm thổ) càng dễ tạo cation o Các nguyên tố có ái lực e càng lớn (halogen) càng dễ tạo anion Chênh lệch độ âm điện của các nguyên tử càng lớn liên kết tạo thành có độ ion càng lớn: D Độ ion, % D Độ ion, % D Độ ion, % 0 1 1 39 2 82 0 9 1 55 3 89 1 22 2 70 3 92 3. Tính chất của liên kết ion: do các ion được xem như các quả cầu tích điện có trường điện phân bố đồng đều về mọi hướng nên có các tính chất là: Không bão hòa Không định hướng Phân cực rất mạnh 4. Sự phân cực ion: Định nghĩa: Sự phân cực ion là sự chuyển dịch đám mây e ngoài cùng so với hạt nhân của một ion dưới tác dụng của điện trường của ion khác. Hình 4. Sự phân cực ion Do sự phân cực ion này mà các đám mây của cation và anion không hoàn toàn tách rời nhau mà che phủ nhau một phần → Không có liên kết ion 100%. Trong liên kết ion có một phần liên kết cộng hóa trị. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân cực ion: sự phân cực của các ion xảy ra với mức độ khác nhau phụ thuộc vào điện tích, kích thước và cấu hình e của chúng. o Khả năng bị phân cực của ion càng lớn khi lực hút của hạt nhân tới e ngoài cùng càng yếu, xự bị phân cực xảy ra mạnh chủ yếu đối với anion. độ bị phân cực sẽ nhỏ nhất ở các ion với cấu hình ns 2 np 6 độ bị phân cực sẽ lớn nhất ở các ion với cấu hình ns 2 np 6 nd 10 o Tác dụng phân cực của ion càng lớn khi điện trường của nó tạo ra càng mạnh, tác dụng phân cực chủ yếu xét đối với cation. Điện tích ion q tăng → mật độ điện tích tăng → độ phân cực tăng Kích thước ion tăng → mật độ điện tích giảm → độ phân cực giảm Ảnh hưởng của sự phân cực ion đến tính chất các hợp chất ion o Độ điện ly : Sự phân cực ion ↑ → tính cộng hóa trị ↑ → tính ion ↓ → độ điện ly ↓ o Độ bền : Sự phân cực ion ↑ → tính cộng hóa trị ↑ → điện tích hiệu dụng ion ↓ → lực hút giữa các ion ↓ → năng lượng mạng lưới ion U ↓ → độ bền của tinh thể ion ↓, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ phân ly ↓ Chất LiF LiCl LiBr LiI Độ bị phân cực của các X- ↑ → tính cht ↑ → tính ion ↓ → nhiệt độ Tnc, 0 C 848 607550469 nóng chảy ↓ Chất MgCO 3 CaCO 3 SrCO 3 BaCO 3 Khả năng phân cực của các A2+ ↓→ tính cht ↓→ tính ion ↑→ nhiệt Tnc, 0 C 600 897 1100 1400 độ nóng chảy ↑ + -Hình 4. Khí electron trong kim loại 3. Thuyết miền năng lượng về cấu tạo kim loại Coi mỗi tinh thể kim loại là một đại phân tử có khoảng 10 23 tâm Giải phương trình sóng Schrodinger cho hệ 10 23 nguyên tử theo phương pháp MO: o Hai AO tổ hợp với nhau tạo thành hai MO có năng lượng khác nhau o Từ n AO tổ hợp với nhau sẽ tạo thành n MO có các mức năng lượng khác nhau. o Nếu n → ∞ các mức năng lượng rất gần nhau (chênh lệch năng lượng khoảng 10 22 - eV) → Tạo thành các miền năng lượng được xem như giải năng lượng liên tục o Tương ứng với các trạng thái năng lượng s, p, d, f ... của nguyên tử trong tinh thể kim loại sẽ hình thành những miền năng lượng s, p, d, f ... o Trong miền năng lượng các orbital trải đều trong toàn bộ tinh thể kim loại và cũng có đầy đủ tính chất như các MO o Các e phân bố trên các orbital của miền năng lượng theo các quy luật giống như trên các MO gồm: Nguyên lý ngoại trừ Pauli, nguyên lý vững bền, quy tắc Hund Miền năng lượng chứa các e hóa trị gọi là miền hóa trị Miền năng lượng không chứa các e, nằm trên miền hóa trị gọi là miền dẫn Nếu miền hóa trị và miền dẫn không che phủ nhau, khoảng cách giữa hai miền gọi là miền cấm 4. Áp dụng thuyết miền năng lượng để giải thích tính dẫn điện của chất rắn a. Kim loại Trong kim loại, miền hóa trị và miền dẫn che phủ nhau, không có miền cấm Miền hóa trị của kim loại có thể được điền đầy hay không được điền đầy e Ví dụ: o Các kim loại nhóm IA có cấu hình electron ns 1 → Miền hóa trị là miền s chỉ điền đầy một nửa → Miền dẫn bao gồm một nửa miền hóa trị s còn trống và miền p → Miền dẫn và miền hóa trị tiếp xúc nhau o Các kim loại nhóm IIA có cấu hình electron ns 2 → Miền hóa trị là miền s được điền đầy e, miền dẫn là miền p. Đối với các nguyên tố nhóm IIA, chênh lệch năng lượng giữa ns và np nhỏ → miền hóa trị và miền dẫn che phủ nhau o Dưới tác dụng của điện trường, các e từ miền hóa trị rất dễ chuyển lên những trạng thái năng lượng cao hơn còn tự do, tạo thành dòng e chuyển động có hướng → kim loại dẫn được điện b. Chất cách điện Miền hóa trị điền đầy e Miền dẫn cách miền hóa trị bằng miền cấm có DE lớn → điện trường bình thường không đủ khả năng kích thích cho e chuyển từ miền hóa trị sang miền dẫn → không thể dẫn điện được → chất cách điện Hình 4. Miền dẫn – miền cấm c. Chất bán dẫn Miền hóa trị điền đầy e Miền dẫn cách miền hóa trị bằng miền cấm có DE không lớn (< 3eV)→ Khi kích thích bằng cách đun nóng, chiếu sáng hay pha thêm một ít nguyên tử khác, e có thể chuyển từ miền hóa trị sang miền dẫn → có thể dẫn điện được→ chất bán dẫn VI. LIÊN KẾT HYDRO 1. Khái niệm và bản chất của liên kết hydro Khi ngtử H liên kết với các nhóm âm điện, các e dùng chung có khuynh hướng chuyển mạnh về phía nguyên tố kia → H có thể xem như tích điện dương (H+) gọi là H linh động. Các nguyên tử của các nguyên tố có độ âm điện lớn, kích thước nhỏ (mật độ điện tích âm lớn) như N, O, F .. các nguồn điện tử (liên kết bội, nhân thơm ...) được gọi là các nguồn dư điện tử → có thể xem chúng tích điện âm (X-). Liên kết hydro là liên kết đặc biệt của các nguyên tử H linh động vẫn còn liên kết thêm với các nguồn dư điện tử của phân tử khác (liên kết hydro liên phân tử) hay nguyên tử khác trong chính phân tử đó (liên kết hydro nội phân tử) Liên kết hydro vừa có bản chất điện vừa có bản chất cho - nhận 2. Đặc điểm Liên kết hydro là loại liên kết yếu, yếu hơn nhiều so với liên kết cộng hóa trị nhưng mạnh hơn luên kết Van der Waals. Liên kết hydro càng bền khi X- có giá trị càng lớn. 2. Ảnh hưởng của liên kết hydro đến tính chất của các chất: Liên kết hydro làm: Tăng nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy của các chất có liên kết hydro Giảm độ acid của dung dịch Tăng độ tan trong dung môi Trong sinh học, liên kết hydro giúp tạo các cấu trúc bậc cao cho glucid, protid... |
