Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM LOGO Khoa Công nghệ Hóa học & Thực phẩm BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC HÓA ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG 2: LIÊN KẾT HÓA HỌC GV: Huỳnh Nguyễn Anh Tuấn 1 CHƯƠNG 2: LIÊN KẾT HÓA HỌC • Bảng HTTH có 118 nguyên tố hóa học • Khoảng hơn 65 nguyên tố hóa học đóng góp cho việc tạo thành các vật chất trong cuộc sống. • Trừ các nguyên tố khí hiếm tồn tại độc lập dạng nguyên tử • Các nguyên tố khác có xu hướng lên kết với nhau để tạo cấu trúc electron bền vững 2 1. Nhöõng khaùi nieäm cô baûn veà lieân keát hoùa hoïc 3 1.1 Baûn chaát lieân keát Lieân keát hoùa hoïc coù baûn chaát ñieän.
NaCl 11Na 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 17Cl Liên kết Ion Na - 1e Na+ Cl + 1e Cl- Na+ Cl- Liên kết Cộng hóa trị 4 1.1 Baûn chaát lieân keát Electron thöïc hieän lieân keát hoùa hoïc chuû yeáu laø caùc electron ôû lôùp ngoaøi cuøng: ns, np, (n-1)d vaø (n-2)f goïi laø caùc electron hoùa trò. H và Na có 1e hóa trị Cl và F có 7e hóa trị 1s1 17 Na: 1s 2s 2p 3s 3p 2 2 6 2 5 11 Na: 1s 2s 2p 3s 2 2 6 1 9 F: 1s 2s 2p 2 2 5 Söï phaân boá maät ñoä electron khaùc nhau trong tröôøng haït nhaân cuûa caùc nguyeân töû taïo taïo thaønh caùc lieân keát khaùc nhau: chuû yeáu laø lieân keát coäng hoùa trò vaø lieân keát ion.2 Moät soá ñaëc tröng cuûa lieân keát Ñoä daøi lieân keát: Ñoä daøi lieân keát laø khoaûng caùch giöõa hai haït nhaân cuûa caùc nguyeân töû töông taùc vôùi nhau. Coù theå xaùc ñònh gaàn ñuùng: dA-B = rA + rB d – ñoä daøi lieân keát r – baùn kính nguyeân töû Khi A, B coù ñoä aâm ñieän gaàn nhau d A B rA rB Khi A, B coù ñoä aâm ñieän xa nhau: d A B rA rB 0,09 A B MỐI LIÊN HỆ GIỮA ĐỘ DÀI VÀ ĐỘ BỀN CỦA LKHH? 6 1.2 Moät soá ñaëc tröng cuûa lieân keát Naêng löôïng lieân keát: Ñaëc tröng cho ñoä beàn cuûa lieân keát. Naêng löôïng lieân keát laø naêng löôïng caàn tieâu toán ñeå phaù huûy lieân keát hay laø naêng löôïng ñöôïc giaûi phoùng ra khi taïo thaønh lieân keát.
Năng lượng phaù huûy vaø taïo thaønh lieân keát coù trò soá baèng nhau nhöng coù daáu khaùc nhau Löu yù: neáu trong phaân töû, 1 nguyeân töû coù khaû naêng taïo nhieàu lieân keát thì naêng löôïng lieân keát ñöôïc tính qua naêng löôïng trung bình. VD : H2O coù EOH = MỐI LIÊN HỆ GIỮA ĐỘ DÀI, ĐỘ BỀN Ephaân huûy H20 / 2 = 45,95 kJ VÀ NĂNG LƯỢNG LK CỦA LKHH? 7 1.2 Moät soá ñaëc tröng cuûa lieân keát Goùc hoùa trị: laø goùc taïo thaønh bôûi hai ñoaïn thaúng töôûng töôïng noái haït nhaân nguyeân töû trung taâm vôùi hai haït nhaân nguyeân töû lieân keát. Bài toán phân tử nước có góc hóa trị 104,5o. 2 NT Hydro NT biên, NT liên kết H2O 1 NT Oxy NT trung tâm 8 2.
LIEÂN KEÁT ION 9 2.1 Thuyeát tónh ñieän hieän ñaïi veà lieân keát ion Bài toán phân tử NaCl Na Cl 1s22s22p63s1 1s22s22p63s23p5 1s22s22p6 1s22s22p63s23p6 Na – e Na+ Cl + e Cl- Na+ + Cl NaCl 10 2.1 Thuyeát tónh ñieän hieän ñaïi veà lieân keát ion Quaù trình taïo ion töø nhöõng nguyeân töû töông taùc Cơ chế tạo liên kết 1. Caùc nguyeân töû seõ chuyeån caùc electron hoùa trò cho nhau. Ban ñaàu caùc ion ngöôïc daáu huùt nhau, nhöng khi tieán laïi gaàn nhau thì seõ ñaåy nhau do töông taùc hoùa hoïc goàm cuûa caùc lôùp voû electron. Phaân töû ion hình thaønh khi löïc ñaåy baèng löïc huùt.
Cơ chế tạo liên kết Quaù trình huùt nhau baèng löïc huùt tónh ñieän cuûa caùc ion 11 2.2 Khaû naêng taïo lieân keát ion cuûa caùc nguyeân toá Khaû naêng taïo lieân keát ion cuûa nguyeân toá phuï thuoäc vaøo khaû naêng taïo ion. Ñoái vôùi caùc ion ñôn giaûn 1 phaân töû, khaû naêng naøy döïa treân naêng löôïng ion hoùa vaø aùi löïc electron. Caùc nguyeân toá coù naêng löôïng ion hoùa nhoû deã taïo cation vaø coù aùi löïc electron lôùn deã taïo anion. Caùc nguyeân toá coù tính kim loaïi vaø phi kim loaïi caøng maïnh caøng deã taïo lieân keát ion vôùi nhau, ví duï kim loaïi kieàm vaø halogen 12 2.3 Tính chaát cuûa lieân keát ion Tính khoâng ñònh höôùng Tính khoâng baõo hoøa 13 3.
LIEÂN KEÁT COÄNG HOÙA TRÒ THEO LEWIS Octet rule: An atom will form covalent bonds to achieve a complement of eight valence electrons. The basic concept of the octet rule can be conveniently depicted using a Lewis dot symbol, as developed by the American chemist G. Lewis in the early 20th century. LIEÂN KEÁT COÄNG HOÙA TRÒ THEO LEWIS 15 4.
LIEÂN KEÁT COÄNG HOÙA TRÒ THEO THUYEÁT LIEÂN KEÁT HOÙA TRÒ (VB) 16 Caùc luaän ñieåm cô sôû Moät caëp nguyeân töû trong phaân töû ñöôïc lieân keát vôùi nhau baèng moät hay vaøi caëp electron chung. Lieân keát hoùa hoïc ñöôïc ñònh choã giöõa 2 nguyeân töû (phöông phaùp caëp electron ñònh choã hay phöông phaùp hai electron – hai taâm) 17 4.1 Noäi dung cô baûn cuûa phöông phaùp VB Lieân keát coäng hoùa trò cô sôû treân caëp electron gheùp ñoâi coù spin ngöôïc nhau vaø thuoäc veà caû hai nguyeân töû töông taùc. Lieân keát coäng hoùa trò ñöôïc hình thaønh do söï che phuû laãn nhau giöõa caùc orbital nguyeân töû hoùa trò cuûa caùc nguyeân töû töông taùc.1 Noäi dung cô baûn cuûa phöông phaùp VB S S P P H-H Cl - Cl H - Cl 19 4.1 Noäi dung cô baûn cuûa phöông phaùp VB Lieân keát coäng hoùa trò caøng beàn khi ñoä che phuû cuûa caùc orbital nguyeân töû töông taùc caøng lôùn. Ñoä che phuû phuï thuoäc vaøo kích thöôùc, hình daïng cuûa AO vaø höôùng che phuû.
Lieân keát coäng hoùa trò H : H hay H - H đñöôïc bieåu dieãn nhö sau: 20 Các câu hỏi Theo cơ chế góp chung Liên kết CHT từ đâu Số LKCHT phụ ra? thuộc e độc thân (Cặp e dùng chung) Theo cơ chế cho nhận Liên kết CHT (Cặp e dùng Số LKCHT phụ thuộc vào cặp e chung) tự do và AO tự do Cặp e dung chung hình Từ sự CHE PHỦ thành như các Ortbial nguyên thế nào? tử 21 4.2 Khaû naêng taïo lieân keát vaø TÍNH BAÕO HOØA cuûa LKCHT Theo cô cheá goùp chung: hình thaønh do söï goùp chung hai electron hoùa trò ñoäc thaân coù spin ngöôïc nhau cuûa hai nguyeân töû töông taùc, trong ñoù moãi nguyeân töû ñöa ra moät. 1s1 cuûa Hydro Cl H H Cl 3p 1s 3s2 3px2 3py2 3pz1 cuûa Clo 22 4.2 Khaû naêng taïo lieân keát vaø TÍNH BAÕO HOØA cuûa LKCHT Khaû naêng taïo lieân keát quyeát ñònh bôûi soá orbital nguyeân töû hoùa trò moät electron (soá electron ñoäc thaân). H-Be-H, O=C=O Nguyeân töû Soá e ñoäc thaân Soá LKCHT Phaân töû H 1 1 H-H O 2 2 H-O-H N 3 3 NH3 Be 0 2 BeH2 B 1 3 BF3 C 2 2, 4 CO, CO2 Trong nhieàu tröôøng hôïp soá orbital hoùa trò 1 electron coù theå taêng leân do söï kích thích nguyeân töû 23 Nguyeân töû Soá e ñoäc thaân Soá LKCHT Phaân töû H 1 1 H-H O 2 2 H-O-H N 3 3 NH3 Be 0 2 BeH2 B 1 3 BF3 C 2 2, 4 CO, CO2 4Be – 1s 2s 2 2 6C– 1s 2 2s2 2p2 2s 2p 2s 2px 2py 2pz 4Be* 6C* 2s 2p 2s 2px 2py 2pz 24 4.2 Khaû naêng taïo lieân keát vaø TÍNH BAÕO HOØA cuûa LKCHT Theo cô cheá cho – nhaän: söï hình thaønh caëp electron gheùp ñoâi chæ do moät trong hai nguyeân töû töông taùc ñöa ra, coøn nguyeân töû kia nhaän laáy. Caëp electron hoùa trò gheùp ñoâi saün coù cuûa nguyeân töû ñöa ra ñöôïc goïi laø caëp electron hoùa trò töï do.
coù caëp electron hoùa trò töï do Lieân keát coäng hoùa trò chæ ñöôïc taïo thaønh coù orbital hoùa trò töï do Khaû naêng taïo lieân keát coäng hoaù trò giôùi haïn goïi laø tính baõo hoøa cuûa lieân keát coäng hoùa trò. 25 Ví dụ về ion NH4+ Xét phân tử NH3 có N là nguyên tử trung tâm N có 5e hóa trị và 3e độc thân 7N– 1s 2 2s2 2p3 N có thể tạo tối đa 4 2s 2px 2py 2pz LK CHT: 3 theo cơ chế góp chung và 1 theo cơ chế cho nhận. coù caëp electron hoùa trò töï do coù orbital hoùa trò töï do + H+ 26 4.3 TÍNH ÑÒNH HÖÔÙNG cuûa lieân keát coäng hoùa trò Lieân keát taïo thaønh khi möùc ñoä che phuû cuûa caùc AO ñaït cöïc ñaïi Söï che phuû cöïc ñaïi xaûy ra theo nhöõng höôùng nhaát ñònh. caùc lieân keát coäng hoùa trò seõ ñöôïc caùc phaân töû phaûi taïo thaønh theo nhöõng höôùng nhaát coù caáu hình xaùc ñònh trong khoâng gian ñònh 1s H 5p 1s H Te 5p 27 4.3 TÍNH ÑÒNH HÖÔÙNG cuûa lieân keát coäng hoùa trò Xét phân tử SeH2 có Se là nguyên tử trung tâm Se ở chu kỳ 4, nhóm VIA Se – [ ] 4s2 4p4 Có 6e hóa trị và 2e độc thân 4s 4px 4py 4pz Xét phân tử H2O có O là nguyên tử trung tâm O ở chu kỳ 2, nhóm VIA O – [ ] 2s2 2p4 Có 6e hóa trị và 2e độc thân 28 4.4 Thuyeát lai hoùa caùc orbital nguyeân töû vaø caáu hình khoâng gian phaân töû Khi che phủ tạo liên kết, nguyên tử trung tâm có thể không sử dụng các AO thông thường (s, p, d) mà dung các AO lai hóa AO lai hóa sinh ra tự sự tự che phủ các AO thông thường của nguyên tử trung tâm gọi SỰ LAI HÓA.
Có bao nhiêu AO tham gia lai hóa sẽ tạo thành bấy nhiêu AO lai hóa Các AO lai hóa có hình dạng, năng lượng giống nhau và phân bố đối xứng nhau Hình dạng của orbital lai hóa https://www.com/w atch?v=JxNpU3Ky7xA 29 Lai hoùa sp 180o s sp sp p Ví duï: Phaân töû BeH2 coù daïng ñöôøng thaúng vôùi goùc hoùa trò HBeH = 180o sp sp 180 o s s https://www.com/ Be H Be watch?