Mot so chuyen de hoa hoc THPT, Study Guides, Projects, Research of Design

Download Mot so chuyen de hoa hoc THPT and more Study Guides, Projects, Research Design in PDF only on Docsity! CHUYÊN ĐỀ 3 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: , ... 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:  Người ta gọi tên cation kim loại bằng cách đặt trước tên kim loại từ cation. Thí dụ: : cation liti; : cation magie, : cation nhôm; : cation đồng I; : cation dòng II; ...  • Ion âm (hay anion): Ion mang điện tích âm được gọi là ion âm hay anion. Thí dụ:  Người ta thường gọi tên các anion bằng tên gốc axit tương ứng. Thí dụ: :ion florua ; : ion clorua ; : ion sunfua. Ion 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: ,...  Ion đa nguyên tử là ion được tạo nên từ nhiều nguyên tử liên kết với nhau để thành một nhóm nguyên Trang 1 tử mang điện tích dương hay âm. Thí dụ, ion amoni (NH4), ion nitrat ( ), ion sunfat ( ), ion đihiđro photphat ( ), ...  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 ( . Khi đó A sẽ nhường hắn electron hóa trị cho B để trở thành các ion t  Thí dụ: Liên kết 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 và .  Na + Cl + Hai ion được tạo thành mang điện tích trái dấu hút nhau bằng lực hút tĩnh điện, tạo nên phân tử NaCl.  III. LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ  1. Liên kết cộng hoá trị  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 ( ).  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 ....  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   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 H-Cl Công thức electron Công thức cấu tạo Quy ước: liên kết cộng hóa trị không có cực.  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 SO2, có thể biểu diễn như sau:  Trang 2 Quá trình phá vỡ liên kết trong phân tử là quá trình thu nhiệt  2. Bậc của liên kết  Là số mối liên kết được hình thành giữa hai nguyên tử (liên kết đơn, liên kết đôi, liên kết ba)  Bậc 1 chỉ một liên kết giữa hai nguyên tử như C1 - Cl, H - H, Br - Br,... Bậc 2 chỉ hai liên kết giữa hai nguyên tử như O = O, CH2 = CH2,... Bậc 3 chỉ ba liên kết giữa hai nguyên tử như N N, CH CH,... Bậc 4 chỉ bốn liên kết giữa hai nguyên tử như O = C = O,... 3. Độ dài liên kết  Khoảng cách giữa hai hạt nhân của 2 nguyên tử liên kết trực tiếp với nhau gọi là độ dài liên kết. Đơn vị . Giữa 2 phân tử xác định thì độ dài liên kết giảm khi bậc liên kết cũng như năng lượng liên kết tăng.  4. Góc liên kết (hay góc hoá trị)  Là góc tạo bởi 2 nửa đường thẳng xuất phát từ hạt nhân của 1 nguyên tử và đi qua hai hạt nhân của hai nguyên tử khác liên kết trực tiếp với nguyên tử đó.  V. HÓA TRỊ CỦA CÁC NGUYÊN TỐ  1. Định nghĩa Là một đại lượng đặc trưng cho khả năng liên kết của các nguyên tử với nhau. 2. Electron hoá trị  Là những electron ở lớp vỏ ngoài cùng, có khả năng tham gia sự tạo thành liên kết hoá học.  3. Hoá trị trong hợp chất ion  Khái niệm về điện hóa trị: Hoá trị của một nguyên tố trong hợp chất ion gọi là điện hoá trị và bằng diện tích của ion đó.  Cách xác định điện hóa trị: Trị số điện hoá của một nguyên tố bằng đúng số electron mà nguyên tử của một nguyên tố nhường hoặc thu để tạo thành ion. Thí dụ: Trong phân tử NaCl, natri có điện hóa trị 1+, clo có điện hóa trị .  4. Hoá trị trong hợp chất cộng hóa trị  Khái niệm về cộng hóa trị: Hoá trị của một nguyên tố trong hợp chất cộng hoá trị gọi là cộng hoá trị và bằng số liên kết mà nguyên tử của nguyên tố đó tạo ra được với các nguyên tử khác trong phân tử. Cách xác định cộng hóa trị: Cộng hoá trị của một nguyên tố bằng số liên kết mà nguyên tử của nguyên tố đó tạo ra được với nguyên tử của nguyên tố khác trong phân tử. Thí dụ: Trong phân tử H2O, H - 0 - H, nguyên tố H có cộng hóa trị 1, nguyên tố oxi có cộng hóa trị 2.  VI. THUYẾT LIÊN KẾT HÓA TRỊ VÀ THUYẾT LẠI HÓA, SỰ HÌNH THÀNH LIÊN KẾT ĐÔI VÀ LIÊN KẾT BA 1. Thuyết liên kết hoá trị (gọi tắt là thuyết VB)  Một trong những luận điểm cơ bản của thuyết này là: Mỗi liên kết hoá học giữa hai nguyên tử được đam bo bởi một đội electron có spin đối song do hai  nguyên từ đó góp chung. Dựa vào quan điểm này, Hailơ-Lơnđơn đã giải thích được một cách định lượng liên kết hoá học trong phân tử hiđro H2 .  Tuy nhiên, khi mở rộng việc áp dụng kết quả đó để giải thích liên kết hoá học trong các hệ khác thì kết quả không phù hợp. Chẳng hạn phân tử H2O. Thực nghiệm đo được góc liên kết HOH bằng 104,5°. Nếu giả thiết rằng trong H2O, nguyên tử oxi đưa ra 2 obitan p xen phủ với 2 obitan 1s của 2 nguyên tử hiđro thì góc liên kết đó phải là 90°C. Rõ ràng sự giải thích đó không phù hợp với thực nghiệm. Nguyên nhân có thể là ở chỗ: kết quả thu được với H2 là kết quả của một trường hợp đơn giản nhất, vì H có cấu hình electron . Trong H2 có sự xen phủ tạo liên kết. Trường hợp H2O thì O có , khác xa về nhiều mặt với Trang 5 Để áp dụng được thuyết VB cho các hệ khác H2, có các luận điểm hay thuyết được bổ sung vào thuyết VB. Thuyết lai hoá là một trong số các thuyết đó.  2. Thuyết lai hoá a) Nội dung  Thuyết lai hoá cho rằng các obitan nguyên tử khác nhauk của một nguyên tử gần nhau về năng lượng và phù hợp nhau về đối xứng có thể tổ hợp tuyến tính với nhau để tạo ra các obitan nguyên tử mới tương đương nhau. Các obitan nguyên tư mới này được gọi là các obitan nguyên tử lai hoá. Số AO lai hoá bằng tổng số AO tham gia tố hợp.  b) Các kiểu lai hoá thường gặp  • Lai hóa sp3 (lai hóa tứ diện): Một và 3 tổ hợp với nhau tạo thành 4AO lai hóa sp3 hướng tới 4 đỉnh của một tứ diện đều. Góc lại hoá là .  •Lai hóa sp2(lai hóa tam giác): Một và 2 tổ hợp với nhau tạo thành 3AO lai hóa sp2 có trực nằm trên mặt phẳng hình thành những góc 120°.  • Lai hóa sp (lai hóa thẳng): Một và một tổ hợp với nhau tạo thành 2AO lai hóa sp có trục nằm trên đường thẳng.  • Lai hoá sp3d (lai hoá lưỡng tháp tam giác): , và tổ hợp tạo ra 5AO lai hoá . Sự phân bố không gian của AO lai hoá này có dạng lưỡng tháp tam giác.  • Lai hoá sp3d2 (lai hoá bát diện): , và tổ hợp tạo ra 6AO lai hoá . Các AO này phân bố theo hình bát điện đều.  c) Đặc điểm của các AO lai hoá Số lượng AO lai hoá thu được bằng tổng số các AO nguyên tử tham gia lai hoá. Năng lượng các AO nguyên tử lai hoá có cùng mức năng lượng (suy biến)  Mỗi AO lai hoá gồm hai phần: 1 phần phình ra, 1 phần thu hẹp, 2 phần này cách nhau một khoảng trống ở nhân nguyên tử hay tâm hệ toạ độ (khoảng trống tạo thành mặt nút).  Trang 6 Mỗi AO lai hoá đều được phân bố trên một trục (trục này có thể trùng với trục toạ độ). Vậy AO lai hoá đối xứng trục nên chỉ tạo liên kết ở bên (liên kết được hình thành dọc theo trục).  3. Sự hình thành liên kết đơn, liên kết đôi và liên kết ba a) Liên kết đơn  Là liên kết ở, được tạo thành do sự xen phủ trục và thường bền vững. Thí dụ: H-H, H-Cl, C1-C1, ...  b) Liên kết đôi Gồm một liên kết và một liên kết . Thí dụ:  c) Liên kết ba  Gồm một liên kết và hai liên kết . Thí dụ:  VII. MÔ HÌNH VSEPR (thuyết sức đẩy giữa các cặp e hoá trị)  - Nguyên lý: Mọi cặp electron liên kết và không liên kết (đôi electron tự do) của lớp ngoài đều cư trú thống kê ở cùng một khoảng cách đến hạt nhân, trên bề mặt quả cầu mà hạt nhân nằm ở tâm. Các electron tương ứng sẽ ở vị trí xa nhau nhất để lực đẩy của chúng giảm đến cực tiểu. .  - Công thức VSEPR: Xét phân tử trong đó m nguyên tử X liên kết với nguyên tử trung tâm A bằng những liên kết và n cặp e không liên kết hay cặp e tự do E. Khi đó tổng (m + n) xác định dạng hình học của phân tử:  +) n + m = 2 phân tử thẳng + ) n + m = 3 phân tử tam giác phẳng +) n + m = 4 phân tử tứ diện + ) n + m = 5 phân tử tháp đôi đáy tam giác + ) n + m = 6 phân tử tháp đôi dày vuông (bát diện) + ) n + m = 7 phân tử tháp đôi đáy ngũ giác - Tiêu chí so sánh:  +) Thứ tự lực đấy giữa các cặp e như sau: KlK – KlK > KlK - 1K > 1K - K. +) Một cặp c độc thân đấy yếu hơn một đôi - Hệ qua cấu trúc: + ) Góc liên kết: Sự có mặt của các cặp KlK ở nguyên tử trung tâm A của phân tử nói chung sẽ kéo theo một biến dạng của phân tử. Các cặp KlK chiêm thể tích phân lớn của một cặp lạ do đó làm mở góc liên kết EAX và làm khép góc liên kết XAX.  + ) Phân cực hoá phân tử: Phân tử là phân cực khi có trung tâm điện tích dương và âm không trùng với nguyên tử trung tâm A, đó là trường hợp khi A mang các phối tử X và X' khác nhau, hoặc mang các cặp KIK (trừ trường hợp các cấu hình và ).  - Dạng hình học của phân tử m + n Đa diện phối trí Dạng Dạng phân tử Sơ đồ đa diện Phần tử liên kết đơn Phân tử liên kết bội 2 Đoạn thẳng Thẳng (A lai hóa sp) , , , , , , Trang 7 VIII. SƠ LƯỢC VỀ THUYẾT OBITAN PHÂN TỬ (MO)  Phương pháp cặp electron liên kết giải thích đơn giản và dễ hiểu sự tạo thành liên kết trong nhiều phân tử. Tuy nhiên có nhiều sự kiện như sự tạo thành ion , trong đó liên kết được tạo thành chỉ bằng 1 electron, như từ tính (phân tử hoặc ion chứa electron độc thân có tính chất thuận từ. Còn nếu tất cả các electron đều ghép cặp thì có tính chất nghịch từ) của phân tử ,... thì không giải thích được bằng phương pháp này. Một phương pháp khác ra đời giải quyết có hiệu quả hơn, đó là phương pháp obitan phân tử (MO).  1. Nội dung của thuyết MO Tổng MO thu được bằng tổng số các AO tham gia tổ hợp, các AO được sắp xếp theo thứ tự mức năng lượng tăng dần thành 1 giản đồ. Mỗi AO gồm các loại MO năng lượng thấp được gọi là MO liên kết, các MO có năng lượng cao hơn được gọi là MO phản liên kết, các MO phản liên kết được kí hiệu bằng dấu * đặt phía bên phải kí hiệu MO.  2. Các AO được sử dụng trong việc thành lập các MO, thoả mãn các điều kiện sau:  - Các AO phải có cùng tính chất đối xứng. - Các AO phải có năng lượng xấp xỉ nhau. - Các AO phải xen phủ nhau rõ rệt.  Về mặt định tính để xét xem các AO có cùng tính chất đối xứng hay không, có thể dựa vào sự xen phủ dương, âm hặc bằng không của các AO:  - Sự xen phủ dương nếu miền xen phủ của hai AO đều cùng dấu (hình a) . - Sự xen phủ âm nếu miền xen phủ của hai AO khác dấu (hình b). - Sự xen phủ bằng không khi các miền xen phủ dương và âm hoàn toàn bằng nhau (hình c)  Trang 10 Chỉ sự xen phủ dương mới tạo ra được liên kết và trong trường hợp này các AO mới có cùng tính chất đối xứng, nghĩa là chúng mới tổ hợp được với nhau, nhưng việc tổ hợp có hiệu quả không còn phụ thuộc vào hai điều kiện nói trên.  3. Giản đồ năng lượng các MO và cấu hình electron  a) Phân từ hai nguyên tử đồng nhân (A2) thuộc chu kì 2  Lớp electron hoá trị của các nguyên tố chu kì 2 gồm các AO 2s và 2p. Theo đối xứng trục các AO 2s và tổ hợp với nhau tạo MO liên kết và MO phản liên kết và MO phản liên kết , các AO và tổ hợp với nhau tạo ra MO liên kết - Trong chu kì 2 đi từ Li đến N sự chênh lệch giữa và tương đối nhỏ nên khi tổ hợp các AO có sự trộn lẫn và có nghĩa là có thể tham gia 1 phần vào để tổ hợp thành làm cho AO này trở nên bền hơn, năng lượng thấp hơn. Đồng thời cũng có thể tham gia một phần vào để tổ hợp thành làm cho năng lượng của AO này bị nâng cao hơn MO (giản đồ a). Từ O đến Ne thì năng lượng các obitan 2s và 2p khác nhau nhiều nên obitan phân tử và được hình thành chỉ nhờ sự tổ hợp của hai và sự tổ hợp hai dẫn đến sự thành thành hai obitan phân tử và (giản đồ b).  Trang 11 Giản đồ năng lượng các MO  - Số liên kết Li2 . Nguyên tử liti có một electron hoá trị 2s. Trong phân tử Li2 hai electron hoá trị của hai nguyên tử chiếm cứ obitan . Ở trạng thái cơ bản, Li2 như vậy có cấu hình electron .  Phù hợp với lý thuyết, thực nghiệm cho thấy Li2 không có electron độc thân. Với hai electron trên obitan liên kết, số liên kết ở đây là 1.  Be2. Nguyên tử Be có hai electron hoá trị trên obitan 2s. Do đó cấu hình electron của là , ứng với số liên kết . Điều đó phủ hợp với thực tế. Phân tử không tồn tại. B2 . Nguyên tử B có 3 electron hoá trị: Cấu hình electron của phân tử B2 là ứng với một liên kết . Phù hợp với lý thuyết, thực nghiệm cho thấy B, có hai electron chưa ghép đôi. C2 . Mỗi nguyên tử cacbon có 4 electron hoá trị: Cấu hình electron của C2 là , ứng với số liên kết . N2. Mỗi nguyên tử nitơ có 5 electron hoá trị: Cấu hình electron của N2 là , ứng với số liên kết (một liên kết và hai liên kết ).  O2. Mỗi nguyên tử oxi có 6 electron hoá trị: Cấu hình electron của O2, là , ứng với số liên kết (một liên kết và một liên kết ). Ứng với cấu hình electron trên, O2 có hai electron độc thân với tổng số spin S = 1/2 + 1/2 = 1. Điều này giải thích được tính thuận từ của oxi. Sự giải thích tính thuận từ của oxi là một thành công của thuyết MO, vì với mô hình Lewis người ta không giải thích được tại sao O2 lại có hai electron độc thân.  Trang 12 Giản đồ các mức năng lượng MO đối với phân tử NO Từ giản đồ vừa xây dựng được cho 2 phân tử N2 và NO ta có thể viết được cấu hình e cho các cặp phân tử như sau:  Cặp với với Cặp với với b) Căn cứ vào số liên kết thu được ở câu a) ta có thể so sánh độ bền liên kết theo nguyên tắc số liên kết N càng lớn thì độ dài liên kết càng ngắn, nghĩa là độ bền càng lớn. Theo kết quả tính ta xét cho các cặp sau:  - Cặp ( : thì liên kết trong phân tử N2 bền hơn liên kết trong và - Cặp (NO và NO+ ): thì liên kết trong phân tử NO+ bền hơn trong NO vì Ví dụ 2: a) Xuất phát từ cấu hình e của F và O, hãy lập giản đồ MO cho phân tử FO.  b) Từ giản đồ đã lập được ở câu a) hãy viết cấu hình e của và FO+, chỉ rõ từ tính của từng phân tử và so sánh khoảng cách giữa các nguyên tử của những hợp chất trên.  Giải a) Cấu hình e: O(Z = 8): ; F(Z = 9): Trang 15 Giản đồ các mức năng lượng MO đối với phân tử FO b) Từ giản đồ đã viết được ở câu a) ta có thể viết được cấu hình e như sau: với .Thuận từ  với . Nghịch từ  với . Nghịch từ  Dựa vào kết quả tính N ta suy ra độ bền liên kết giảm theo thứ tự tăng dần độ dài liên kết như sau:  IX. TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC PHÂN TỬ  1. Phân tử phân cực và không phân cực. a) Phân tử không phân cực  Là phân tử trong đó các điện tích dương và điện tích âm của hạt nhân được phân bố hoàn toàn đối xứng nhau để cho trọng tâm điện tích dương và trọng tâm điện tích âm hoàn toàn trùng nhau. Thí dụ: Phân tử b) Phân tử phân cực Là phân tử mà trọng tâm các điện tích dương và âm không trùng nhau. Ta có thể nhận biết được trường hợp này khi phân tử có cấu tạo không đối xứng. Thí dụ: , ...  2. Momen lưỡng cực của phân tử ( ) Phân tử phân cực có u được tính bằng công thức: = ql  q - giá trị của trọng tâm điện tích dương (hoặc âm) (C) l - độ dài độ dài lưỡng cực (m)  Trang 16 H - momen lưỡng cực (Cm) Đơn vị của momen lưỡng cực thường được dùng hơn là Debye (D)  Momen lưỡng cực của phân tử càng lớn thì độ phân cực của nó càng mạnh. Theo công thức trên thì phân tử không phân cực có = 0 (vì 1 = 0).  Momen lưỡng cực có thể xác định bằng phương pháp thực nghiệm hoặc tính toán được khi biết momen lưỡng cực của liên kết. Momen lưỡng cực là một đại lượng có hướng, nghĩa là coi momen lưỡng cực của mỗi liên kết là một vectơ. Nếu hai véc tơ có giá trị bằng nhau nhưng ngược chiều nhau thì chúng triệt tiêu nhau. Người ta quy ước chiêu của véc tơ lưỡng cực hướng từ dương sang âm. Thí dụ: Phân tử CO2 có cấu trúc thẳng:  Momen lưỡng cực của liên kết C - O hướng từ C sang O, hai này bằng nhau và ngược chiều nhau nên momen lưỡng cực tổng cộng của phân tử bằng không.  Ví dụ 1: Biết rằng monoclobenzen có momen lưỡng cực = 1,53D. Hãy tính momen lưỡng cực của ortho-, meta- , para- điclobenzen. Một trong ba đồng phân này có = 1,53D. Hỏi đó là dạng nào của điclobenzen ?  Giải Clo có độ âm điện lớn: hướng từ trong ra ngoài (cộng vectơ sử dụng hệ thức: )   Dẫn xuất meta - điclobenzen có = 1,53D  Ortho meta para Ví dụ 2: Bằng thực nghiệm người ta đã xác định được giá trị momen lưỡng cực của phân tử là 1,09D và của liên kết S - H là C.m. Hãy xác định: a) Góc liên kết Trang 17 (1) (2) = 3 (Li) và = 11 (Na) b) Mô tả sự hình thành liên kết giữa B (F) và Y (Na).  Na + F + NaF Liên kết giữa và là liên kết ion. Ví dụ 2: Tổng số hạt mang điện trong phân tử bằng 152. Số hạt mang điện trong hạt nhân nguyên tử X nhiều hơn số hạt mang điện trong hạt nhân nguyên tử Y là 36. a) Xác định hai nguyên tố X, Y và vị trí của chúng trong bảng tuần hoàn. b) Viết cấu hình electron của các ion: c) Viết công thức electron và công thức cấu tạo của phân tử Giải a) Ta có hệ:  X là Fe và Y là O • Vị trí: Fe (Z = 26): O (Z = 8): STT : 26 STT : 26 Chu kì : 4 Chu kì:2 Nhóm : VIIIB Nhóm : VIA b) Cấu hình electron: c) Công thức electron và công thức cấu tạo của phân tử Công thức electron  Công thức cấu tạo  Ví dụ 3: Electron có mức năng lượng cao nhất của nguyên tử nguyên tố A được xếp  vào phân lớp để có cấu hình là . Oxit cao nhất của nguyên tố B ứng với công thức , hợp chất khí với hiđro của nó có chứa 1,2345% H về khối lượng.  a) Xác định vị trí của A và B trong bảng tuần hoàn và cho biết tính chất hóa học cơ bản của chúng.  b) Giải thích sự hình thành liên kết giữa A và B.  Giải a) • Cấu hình electron đầy đủ của A: (STT:19  • Vị trí của A: STT:19  Chu kì :4  Nhóm:IA  • Tính chất hóa học cơ bản của K: - K là kim loại điển hình  - Hóa trị cao nhất với oxi là 1, công thức oxit cao nhất là và hiđroxit tương ứng là KOH  - là oxit bazơ và KOH là bazơ mạnh (bazơ kiềm)  Trang 20 • Công thức hợp chất khí với hiđro của B là BH. Ta có:  B là Br  • Cấu hình electron của Br (Z = 35): (STT:35  STT .35.  Vị trí của Br: STT:35  Chu kì:4  Nhóm:VIIA  • Tính chất hóa học cơ bản của Br: - Br là phi kim điển hình.  - Hóa trị cao nhất với oxi là 7, công thức oxit cao nhất là và hiđroxit tương ứng là (hay ) - Hóa trị với hiđro là 1, công thức hợp chất khí với hiđro là - là oxit axit và là axit rất mạnh b) Giải thích sự hình thành liên kết:  Các ion và được tạo thành có điện tích trải dấu, hút nhau tạo nên liên kết ion trong phân tử KBr.  Ví dụ 4: Hãy viết công thức clectron và công thức cấu tạo của các phân tử sau đây: Giải Phân tử Công thức electron Công thức cấu tạo HClO Trang 21 Ví dụ 5: Viết công thức cấu tạo và công thức electron của các phân tử sau:  a) Các oxit: . b) Các hiđroxit: NaOH, , . c) Các muối: , . d) Hợp chất với hiđro: . Giải a) Phân tử Công thức electron Công thức cấu tạo BaO Trang 22 d) Phân tử Công thức electron Công thức cấu tạo HBr Trang 25 DẠNG 2: XÁC ĐỊNH BẢN CHẤT LIÊN KẾT HÌNH THÀNH TRONG HỢP CHẤT Phương pháp:  Dựa vào hiệu độ âm điện giữa hai nguyên tử tham gia liên kết để dự đoán một liên kết được hình thành thuộc loại liên kết ion, liên kết cộng hoá trị có cực hay liên kết cộng hoá trị không cực. Hiệu độ âm điện Loại liên kết Liên kết cộng hoá trị không cực Liên kết cộng hoá trị có cực Liên kết ion    Ví dụ 1: Nguyên tử của nguyên tố X có tổng số electron thuộc phân lớp p là 11.  Điện tích hạt nhân nguyên tử của nguyên tố Y là Culong. Liên kết giữa X và Y thuộc loại liên kết nào ?  Giải Theo đề ra, cấu hình electron của X:  Trong phân tử ClF, hiệu độ âm điện của F và C1 là 3,98 - 3,14 = 0,84, liên kết giữa Cl và F là liên kết cộng hoá trị có cực. Ví dụ 2: Cho các hợp chất sau: trong các  hợp chất trên, hợp chất nào  • có liên kết ion - cộng hóa trị ?  • liên kết ion - cộng hóa trị - phối trí (cho - nhận) ?  Giải Có liên kết ion - cộng hóa trị Liên kết ion - cộng hóa trị - phối trí (cho - nhận) Trang 26 Ví dụ 3: a) Dựa vào độ âm điện hãy sắp xếp theo chiều giảm độ phân cực của liên kết giữa hai nguyên tử trong phân tử các chất sau:  Phân tử nào có liên kết ion? Liên kết cộng hóa trị có cực và không có cực ? b) Hãy nêu bản chất liên kết trong các phân tử sau:  Giải  a) Phân tử Hiệu độ âm điện Loại liên kết CaO Ion MgO Ion AlN CHT có cực CHT không cực NaBr Ion CHT có cực CHT có cực CHT không cực Phân tử Hiệu độ âm điện Loại liên kết Ion CHT có cực CHT có cực CHT có cực CHT không cực CHT có cực CHT có cực KBr Ion Hiệu độ âm điện càng lớn thì liên kết trong phân tử càng phân cực Dãy gồm các chất được sắp xếp theo chiều giảm dần độ phân cực như sau:  , . Ví dụ 4: a) Một nguyên tố R và một nguyên tố X có cấu hình electron phân lớp ngoài cùng lần lượt là: 2 và 2 . Xác định các nguyên tố R, X, công thức hợp chất giữa chúng và loại liên kết hình thành trong hợp chất thu được. b) Dựa vào độ âm điện hãy nêu bản chất liên kết trong các anion:  c) Tìm cation M+ có cấu hình electron phân lớp ngoài cùng là 2 và anion có cấu hình electron phân lớp ngoài cùng là 3 . Cho biết liên kết hóa học giữa hai ion trên thuộc loại liên kết gì.  d) Cặp chất nào sau đây mỗi chất đều chứa cả 3 loại liên kết (ion, cộng hóa trị, cho - nhận)  (1) 2) (3) Trang 27 Cấu trúc phân tử:  b) Xét phân tử Ở trạng thái kích thích P lại hoá với cấu trúc tháp tam giác. Khi hình thành phân tử chứa clectron độc thân sẽ xen phủ với chứa 3 electron độc thân của ba nguyên tử F và chứa hai electron độc thân của hai nguyên tử Cl tạo 5 liên kết . Do độ âm điện nên góc liên kết khác góc lại hoá ban đầu.  Sơ đồ cấu tạo phân tử:  Trang 30 Ví dụ 2: a) Hãy cho biết cấu trúc hình học của các phân tử và . So sánh hai góc liên kết và và giải thích.  b) Các phân tử và có cấu trúc hình học như thế nào ? Góc liên kết trong phân tử nào lớn hơn ?  c) Những phân tử nào sau đây có momen lưỡng cực lớn hơn 0 ?  Giải a) Cả hai phân tử đều có cấu trúc chóp tam giác vì nguyên tử trung tâm lai hoá chưa hoàn hảo (còn 1AO lai hoá chứa cặp electron tự do không tham gia liên kết).  Góc vì nên lực đẩy tĩnh điện của hai cặp electron trên hai liên kết P-H mạnh hơn trên hai liên kết As-H vì khoảng cách giữa chúng gần nhau hơn.  b) Hai phân tử và đều có cấu trúc tứ diện lệch vì P ở trạng thái lai hoá Góc vì C1 có độ âm điện nhỏ hơn F nên khoảng cách giữa hai cặp electron dùng chung trong hai liên kết P-F xa hơn trong hai liên kết P-C1  Lực đẩy tĩch điện nhỏ hơn.  c) Trang 31 Ví dụ 3: Sử dụng mô hình về sự đẩy nhau của các cặp electron hoá trị (mô hình VSEPR), dự đoán dạng hình học của các ion và phân tử sau: .  Giải • : dạng . Phân tử có cấu trúc thẳng H-Be-H  • : dạng , trong đó có một "siêu cặp” của liên kết đôi B=C1. Phân tử có dạng tam giác đều phẳng.  • : dạng . Phân tử có dạng hình chóp tam giác đều với N nằm ở đỉnh chóp. Góc nhỏ hơn do lực đẩy mạnh hơn của cặp electron không liên kết.  • : dạng AXE. Ion có cấu trúc bát diện đều.  • : dạng . Ion có cấu trúc đường thẳng • : dạng I ở trạng thái lai hoá trong đó có hai liên kết I-I được ưu tiên nằm trên trục thẳng đứng, 3 obitan lai hoá nằm trong mặt phẳng xích đạo (vuông góc với trục) dùng để chứa 3 cặp electron không liên kết. Ion có cấu trúc đường thẳng.  Ví dụ 4: Cho các phân tử và ion sau: và . Hãy viết công thức  Lewis, cho biết trạng thái lai hoá của nguyên tử trung tâm, dự đoán dạng hình học của các phân tử và ion nói trên, đồng thời sắp xếp các góc liên kết trong chúng theo chiều giảm dần. Giải thích.  Giải Trang 32   Dạng : Tháp tam giác  Vuông phẳng Tứ diện đều N lai hóa Xe lai hóa N lai hóa Dạng: Lưỡng tháp  Tháp vuông Bát diện đều tam giác Br lai hóa lai hóa P lai hóa Ví dụ 6: Mô tả dạng hình học của các phân tử sau: .  Giải • :  Khi hình thành phân tử thì 4 chứa electron độc thân của nguyên tử S xen phủ với 4 chứa electron độc thân của nguyên tử F tạo 4 liên kết . Còn 1 chứa cặp electron tự do sẽ tham gia tạo liên kết cho nhận với trống của .  Trang 35 Do độ âm điện của các phối tử khác nhau nên cấu trúc hình học có sự thay đổi chút ít so với cấu trúc lưỡng chóp tam giác. Nói cách khác có sự đẩy giữa electron liên kết và liên kết làm cho góc > góc lai hóa, góc < góc lai hóa (các electron liên kết đẩy electron mạnh hơn các electron trên lên kết ) độ dài liên kết < .  Cấu trúc hình học của phân tử:  • :  Nguyên tử trung tâm P ở trạng thái kích thích lại hóa . Do đó phân tử có cấu trúc lưỡng chóp tam giác. Khi hình thành phân tử 5 chứa 5 electron độc thân của nguyên tử P xen phủ với các AO chứa 1 electron độc thân của 2 nguyên tử F và và 3 nguyên tử Br tạo nên 5 liên kết . Vì độ âm điện nên góc liên kết khác góc lai hóa ban đầu.  Trang 36 Ví dụ 7: Phân tử có dạng hình chóp tam giác đều (nguyên tử N ở định hình chóp). Ion có dạng hình tứ diện đều (nguyên tử nitơ nằm ở tâm của tổ diện đều). Dựa vào sự xen phủ các obitan, hãy mô tả sự hình thành các liên kết trong phân tử và ion  . Giải Trong phân tử và ion , N lai hoá :  Trong một obitan lai hoá có cặp electron không liên kết, còn 3 obitan lai hoá khác với 1 electron độc thân xen phủ với một obitan s của nguyên tử H có 1 electron, tạo ra các liên kết bền vững.  Trong , ngoài 3 liên kết như trong , còn 1 obitan lai hoá với đôi electron xen phủ với AO 1s của không có electron, tạo ra liên kết thứ 4.  Ví dụ 8: Sự phá vỡ các liên kết C1-Cl trong một mol Cl-C1 đòi hỏi một năng lượng bằng 243 kJ (năng lượng này có thể sử dụng dưới dạng quang năng). Hãy tính bước sóng của photon cần sử dụng để phá vỡ liên kết C1-C1 của phân tử . Cho: tốc độ ánh sáng ; hằng số Planck ; hằng số Avogadro Giải (J/ phân tử) C. BÀI TẬP 1. Nguyên tử của nguyên tố phi kim A có electron cuối cùng có bộ 4 số lượng tử thoả mãn ml + 1 = 0 và n + mS = 1,5. Ion và lần lượt có 42 electron và 32 electron. Viết công thức cấu tạo và cho biết dạng hình học của hai ion  2. Mô tả sự tạo thành liên kết và cấu trúc hình học của phân tử CH4. 3. Cho ba phân tử có công thức phân tử dạng . Hãy gán số liệu góc liên kết 90°; 107° và 120° phù hợp với ba phân tử đã cho. Giải thích. 4. Mô tả sự tạo thành liên kết và cấu trúc phân tử AlCl3 ? Trang 37 Vậy A là O.  • • là Cả và đều có cấu trúc phẳng.  S lai hoá sp2 .  C lai hoá sp2 2. Ở trạng thái kích thích nguyên tử C lai hoá sp3. 4 AO lai hoá sp3 hướng tới 4 định của một tứ diện đều tại đó nó xen phủ với 4 AO1s chứa 1 electron độc thân của 4 nguyên tử H tạo ra 4 liên kết , Góc liên kết HCH = góc lai hoá = 1090 28’. Phân từ có cấu trúc tứ diện đều.  Công thức cấu tạo:  3. - Nguyên tử B lai hoá sp2 BF3 có cấu trúc tam giác phẳng, góc liên kết là 120°C  - Nguyên tử N lai hoá có cấu trúc tháp tam giác, góc liên kết lẽ ra 109 028' nhưng do cặp electron liên kết của N-F bị hút về phía F nên cặp electron không liên kết của N dễ tương tác đẩy với cặp electron liên kết Trang 40 - Nguyên tử I lai hoá có cấu trúc hình chữ T, do cặp electron liên kết của F-N bị hút về phía F nên 2 cặp electron không liên kết của 1 dễ tạo tương tác đây với những cặp electron liên kết 4. Sự tổ hợp 1 AO3s với 2AO3p tạo ra 3 AO lai hoá sp2 hướng tới 3 đỉnh của một tam giác đều. Tại đây chúng xen phủ với 3 AO3p chứa 3 electron độc thân của 3 nguyên tử Cl tạo 3 liên kết σ. Góc liên kết = góc lai hoá = 120°. Phân tử có cấu trúc tam giác phăng.  Công thức cấu tạo:  5. Trang 41 Ở trạng thái kích nguyên tử Be lai hoá sp. Hai obi tan lai hoá sp nằm đối xứng nhau trên một đường thẳng. Tại đó chúng xen phủ với 2AO1s chứa 2e độc thân của hai nguyên tử FI tạo hai liên kết σ. Góc liên kết = góc lai hoá = 180°. 6. NF3 có N lại hoá sp3, còn BF3 có B lại hoá sp2, trong đó có một phần liên kết π tạo bởi sự xen phủ AOp chưa liên kết của F với AOp còn trống của B nên liên kết B-F bền hơn. Vì vậy năng lượng cao hơn. 7. a) Gọi ZX, ZY là số proton trong hạt nhân nguyên tử của X và Y. Ta có:  (1)  X, Y thuộc chu kì nhỏ  Theo đề ra, X và Y là hai nguyên tố ở cùng một nhóm chính thuộc hai chu kì liên tiếp trong hệ thống tuần hoàn nên chúng cách nhau 8 ô.  (2) Giải hệ (1)(2) • Cấu hình electron:  b) XY2 là SO2 Công thức electron  Công thức cấu tạo Trong phân tử SO2 có liên cộng hóa trị có cực và liên kết cho - nhận. 8. a)  - Nguyên tử trung tâm N: lai hóa spo - Ion có cực  Trang 42 11. Momen lưỡng cực của một phân tử là tổng vectơ của  các momen lưỡng cực của các obital phân tử khác nhau. Các MO phải xét ở đây là các MO của các liên kết C-Cl. Do tính đối xứng, đồng phân có momen lưỡng cực = 0 là 1,3,5-triclobenzen.  Đồng phân có momen lưỡng cực lớn nhất là 1,2,3-triclobenzen. Momen lưỡng cực này μ = 3,2D 12. Một phần vì năng lượng liên kết H-F rất lớn, một phần vì khi tan trong nước ion F- tương tác với phân tử HF tạo ra ion phức . Do 1 phần phân tử HF liên kết tạo ra , nên hàm lượng tương đối của ion không lớn HF có tính axit yếu. Đồng thời dung dịch HF có các ion dạng khi trung hòa tạo ra các muối axit như KHF2, KH2F3 ... 13. Để có được cơ cấu bền vững hơn ở trạng thái không nước, AlCl3 có khuynh hướng dime hoá, do hiệu ứng lập thể mà phân tử BCl3 không có khuynh hướng này. Vì kích thước của nguyên tử B quá nhỏ nên sự có mặt của 4 nguyên tử clo có thể tích tương đối lớn, quanh nó sẽ gây ra tương tác đẩy nhau lớn làm cho phân tử không bền vững. 14. a).  Trang 45 b) NF3 có N lai hóa sp3 (dạng tháp), còn BF3 có B lai hóa sp2 trong đó có một phần liên kết π cho tạo bởi xen phủ AOp chưa liên kết của F với Aop còn trống của B liên kết B-F bền hơn nên năng lượng liên kết của BF3 lớn hơn so với của NF3.  c) - Độ âm điện lớn của F làm giảm tính bazơ của N trong NF3.  - NH3 có to sôi > to sôi của NF3 do NH3 có liên kết H liên phân tử.  - Trong NF đôi electron không liên kết tạo momen lưỡng cực theo chiều ngược lại với chiều momen lưỡng cực chung của các liên kết N-F (do độ âm điện của F > N) các momen lưỡng cực triệt tiêu nhau nên μ nhỏ ≈ 0. Còn trong NH3 momen lưỡng cực của đôi electron không liên kết cùng hướng với momen lưỡng cực chung của các liên kết N-H (do độ âm điện của N > H). 15. a) Cặp electron chưa liên kết đẩy mạnh hơn cặp electron đã liên kết.  b) Khi độ âm điện của nguyên tử trung tâm giảm (hoặc khi độ âm điện của phối tử tăng) thì các cặp electron của liên kết bị đẩy nhiều về phía các nguyên tử liên kết nên chúng chỉ cần một khoảng không gian nhỏ chung quanh nguyên tử trung tâm.  c) Giải thích tương tự ý b. 16. Do có liên kết cầu Hidro nên nước đá có cấu trúc đặc biệt (các nguyên tử oxi nằm ở tâm và 4 đỉnh của 1 tứ diện đểu). Mỗi nguyên tử H liên kết với chính 1 nguyên tử oxi và liên kết cấu hidro với 1 nguyên tử oxi khác. Cấu trúc này xốp nên tỉ khối nhỏ. Khi tan thành nước lỏng, cấu trúc này bị phá vỡ nên thể tích giảm tỉ khối tăng lên.  Mô hình mạng tinh thể nước đá 17. Để có được cơ cấu bền vững hơn ở trạng thái không nước, AlCl3 có khuynh hướng dime hoá, do hiệu ứng lập thể mà phân tử BCl3 không có khuynh hướng này.Vì kích thước của nguyên tử B quá nhỏ nên sự có mặt của 4 nguyên tử clo có thể tích tương đối lớn, quanh nó sẽ gây ra tương tác đẩy nhau lớn làm cho phân tử không bền vững.  18. a) So với S thì O có độ âm điện lớn hơn. Vì vậy liên kết cầu nối hiđrô giữa các phân tử H2O mạnh hơn. Nước ở trạng thái tập hợp nhiều phân tử nên có nhiệt độ sôi cao hơn.  b) NH3 tạo với H2O thành ion và ion OH-, vì giữa các nhóm OH- và ion , ngoài tương tác tĩnh điện còn có liên kết cấu nối hiđrô nên nồng độ ion OH- tự do nhỏ, do đó dung dịch NH3 có tính bazơ yếu hơn (vì không có liên kết cấu nối nên NH4OH là những bazơ mạnh gần tương đương với hiđroxit kiềm).  19. Cần hiểu μ1 hướng từ trong ra ngoài, còn μ2 ngược lại.  Trang 46 20. a) Nguyên tử P trong PCl5 và PBr5 đểu ở trạng thái kích thích, lai hóa sp3d  phân tử có cấu trúc lưỡng tháp tam giác (hai liên kết trục dài hơn các liên kết xích đạo). Nguyên tử P trong ở trạng thái kích thích (lai hoá sp3d2 ) có cấu trúc bát diện.  b) Không có quá trình PBr5 + Br- → PBr5 do yếu tố lập thể 21. Nhận xét: O trong H2O lai hóa sp3 . Hg trong HgCl2 ở trạng thái kích thích, lại hóa sp và trong CO2 có liên kết C=O, còn trong CO có liên kết C O.  - Trường hợp 1: nhỏ hơn không đáng kể vì năng lượng thoát ra (khi nguyên tử O chuyển từ trạng thái lai hóa sang trạng thái không lai hóa) bù trừ không đáng kể năng lượng cần để phá vỡ liên kết O – H.  - Trường hợp 2: nhỏ hơn rất nhiều vì khi phá vỡ liên kết Hg - Cl thứ 2 (nguyên tử Hg chuyển từ trạng thái sp sang trạng thái s2) năng lượng thoát ra khá lớn, bù trừ đáng kể năng lượng cần để phá vỡ liên kết thự 2 này.  - Trường hợp 3: lại lớn hơn rất nhiều vì là năng lượng cần để phá vỡ liên kết đôi C = O, còn là năng lượng cần để phá vỡ liên kết ba C O 22.  Theo phương pháp cộng véctơ:  *Trường hợp phân tử có 2 nhóm thế như nhau ( ) thì ta có:  Trang 47 26. Công thức Lewis:  Cấu trúc hình học:  XeF2: thắng XeO2F2: ván bập bênh :thắng  NFO: gấp khúc Kiểu lai hoá của nguyên tử trung tâm Xe:  XeF2: Xe lai hoá sp3d XeO2F2: Xe lai hoá sp3d : C lai hoá sp NFO: N lai hoá sp2  27. Ta có:  28. Giản đồ các MO của CO và O2 (bạn đọc tự vẽ)  Cấu hình electron:  Độ bội liên kết ; thuận từ (S=1)  Độ bội liên kết ; nghịch từ (S = 0)  29. Công thức Lewis  Trang 50 Vu6ng phang (sp*d’) Thap tt? gidc (sp“d) | FE F ae 0 Trang 51