CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN PHANA : LIÊN KẾT TRONG HÓA HỌC 1) NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ LIÊN KẾT TRONG HÓA HỌC 1.1 Năng lượng ion hóa và ái lực clectron - đô âm điện, Năng lượng ion hóa và ái lực electron có thể dùng để đánh giá và giải thích kha năng tạo thành liên kết ion của các nguyên tố khi tương tác với nhau, Để đáng gid và giải thích kha nàng tạo thành liên kết cộng hoa trị. người tá dùng đô âm diện. Năng lương ion hóa (l) : Năng lượng ion hóa là năng lượng can thiết dé bứt electron ra khỏi nguyên tử không hị kích thích. X" + I = x! + e Như vậy ion hoa là dai lượng đặc trưng cho khš nàng nhường electron của nguyên tử nghià là đặc trưng cho tính kim loại của nguyên tố.
Năng lượng ion hóa càng nhỏ nguyên tử càng dễ nhường electron , do đó tính kim loại và tính tính khử của nguyên tố càng mạnh. Ngược với nang lượng ion hóa, ái lực electron F là đại lượng đặc trưng cho kha năng nhân clectron của nguyên tử nghĩa là đặc trưng cho tính phi kim loại của nguyên tố. Ái lực electron là năng lượng phái ra hay thu vào khi kết hợp một electron vào nguyên tử trung hòa. biến nó thành ion âm.
x4 Œ = X + F Khi ái lực electron có giú trị càng dương thì nguyên tử càng dé nhận electron, do đó tính phi kim loại hay tính oxi hóa của nguyên tố càng mạnh. Độ âm điện (y) Độ âm điện là đại lượng đặc trưng định lượng cho khả năng của một nguyên tử trong phân tử hút electron ( liên kết ) về phía mình. Một phi kim mạnh có độ âm điện lớn, trái lại một kim loại có độ âm điện nhỏ. Muliken xác định độ âm điện của một nguyên tố bang biểu thức : Kết quả cho thấy độ âm điện của các halogen là lớn nhất, của kim loại kiểm là nhỏ nhất.2 Bản chất của liên kết : Theo quan niệm hiện dai, liên kết hóa học có ban chất điện vì cơ sở tổn tại moi liên kết hóa học đều là lực hút giữa các hạt tích điện chính là các electron và hạt nhan nguyên tử.
Electron thực hiện liên kết hóa học chủ yếu là các electron của những phân lớp ngoài cùng goi là các electron hóa trị. Trang 5 Lujan Oan “Tốt Ughi¢n “Theo qua n điể m cơ học lượ ng tử, thự c chấ t việ c ngh iên cứu liên kết là khả o xát sự phân bố mật độ clectron trong trường hat nhân của các nguyên uf tạo nên hep chất, Sự phân bố mật độ clectron khác nhau đưa đến xuất hiện các kiểu liên kết khá c nha u. Tro ng đó chủ yếu là liên kết côn g hóa trị và liên kết ion.3 Một sốđặc trưng của liên kết : 1.1 Đô dài liên kết : Độ dài liên kết là khoảng cách giữa hai hạt nhân nguyên tỬ tương tác với nhau. Độ đài liên kết thay đổi có qui luật phụ thu ộc vào kiể u liên kết.
trạn g thái hóa trị. độ bến của hợp chất. khi xác định được độ dài liên kết có thể xét đoán được tính chất, cấu tạo của hợp chất. Có nhiều phương pháp thực nghiệm cho phép xác định chính xác được độ dai liên kết như phương pháp nhiễu xạ clectron.
quang phổ phân tử, phân tích cấu trúc bằng tia Ronghen. Goa hóa trị là góc tạo thành bởi hai đoạn thẳng nối hạt nhân nguyên tử trung tâm với hai hạt nhân nguyên tử liên kết. Góc hóa trị của các hợp chất cũng thay đối có quy luật tùy thuộc bản chất nguyên tố tương tác, kiểu hợp chất và dạng hình học phân tử, Biết góc hóa trị cũng có thể dự đoán được nhiều vấn để, tính chất và cấu tạo của hợp chất. Năng lượng liên kết là năng lượng can thiết tiêu tốn để phá hủy liên kết.
Năng lượng liên kết đặc trưng cho cho độ bền của liên kết. Lựa vào năng lượng phân li của phân tử để xác định năng lượng liên kết của phân tử. Vị dụ : Phân tử Hạ : năng lượng liên kết bằng đúng năng lượng phân li của nó. Eạn = Ey= 435 KJ/ mol Đối với phân tử nhiều nguyên tử như H;O thì năng lượng liên kết trung bình của liên kết O-H bằng năng lượng phân ly của phân tử thành nguyên tử chia cho xố liên kết đó có trong phân tử.
Bown = Huo = ` = 464 KJ/mol Năng lượng liên kết là đại lượng đặc trưng. quan trọng cho hợp chất hóa học vì nó liên quan tới độ dài, độ hội, độ bến của liên kết và nhiều tính chất khác nhau của hợp chất. Năng lượng liên kết lớn thì độ dài liên kết nhỏ, liên kết cảng bền và do đó hợp chất có thể khó phân ly. khó phân hủy.
kém hoạt động.4 Lịch sử hi ành và át triển các khái niêm về hóa trị và liên kết hóa học = % Thuyết hap dẫn dau thế kỷ XIX của Bergman (Thụy Điến ) và Bectolé (Pháp! : Trang 6 Lugn Oan “Tất Hghi¢n — Tương tác giữa các hạt là do lực hấp dẫn vũ trụ. Lực này gọi là lực hóa học. no không tỉ lẻ thu ận với khố i lượ ng các ng uy ên tử và chỉ ản h hư ởn g tro ng khoảng 0.5 —>3 A"- Lực hóa học có tinh cha t bão hòa và tính chọ n lọc. Điề u này giải thích tại sao ngu yên tố A tác dụn g với ngu yên tổ B mà khô ng tác dụn g với ngu yên tố Œ.
Với một ngu yên tố A chỉ tác dụn g với mot xố nhấ t địn h ngu yên tử H. 4+ Thuyết điện hóa (1810) của Beczeliuyt (Thụy Điển ): Nguyên tử của mỗi nguyên tổ có hai cực âm va cực dương. Ở một số nguyên tử cực dương trôi hơn. ở những nguyên tố khác thì các cực âm trội hơn.
Liên kết hóa học xuất hiện do lực hút lẫn nhau giữa các vật thể mang điện trái dấu. Thuyết này giải thích được sư tạo thành các hợp chất ion nhưng không giải thích được tại xao những nguyên tổ có cực khác nhau lại có thể thay thế nhau trong hop chất. @ Khái niệm hoa trị của Franklan (Anh - 1952 ): Hoa trị là con số biểu diển khả nang của nguyên tố tham gia kết hợp với một số nhất định các nguyên tử của nguyên tố khác. 4 Thuyết điện tử về liên kết hóa học Của Liuyt và Cotxcn (1916) : Thuyết điện hóa trị của Cotxen (Đức ) Các nguyên tố có tính chất rất khác nhau khi tham gia vào liên kết có sự cho hoặc nhận electron để tạo thành ion có lớp vỏ bến vững giống khi trợ.
Các nguyên tố âm diện sinh ra ion âm, các nguyên tố dương sinh ra ion dương. Các ion dương và ion âm hút nhau bởi lực hút tĩnh điện tạo thành liên kết điện hóa trị hay liên két jon, Hóa trị của nguyên tố được tính bởi số electron mà nguyên tử của chúng cho hay nhận. Nguyên tố cho clectron sé có hóa trị dương, nguyên tố nhận electron xẻ có hóa trị âm. 4% Thuyết công hóa trị của Liuyt (MT): Thuyết điện hóa trị không giải thích được sự hình thành liên kết giữa các nguyên tử cùng loại hay giữa các nguyên tử có độ âm điện như nhau hoặc gần như nhau.
Liuyt cho ring, trong những trường hợp này liên kết còn có thể tạo thành bằng cách góp chung clectron. Các nguyên tử khi tham gia tạo liên kết cũng có xu hướng tạo cho mình lớp vỏ ngoài cùng bén vững giống khí tro. Chúng tạo thành các hợp chất công hóa trị. Hoa trị của các nguyên tế được xác định bằng số cặp electron dùng chung.
4 Giải thích liên kết cộng hóa trị bằng cơ học lượng tử đầu thế ky XX : Học thuyết liên kết hóa học hiện đại được xây dựng trên lí thuyết của cơ học lượng tử về cấu tạo nguyên tử -phân tử. Đó là một hoc thuyết cân đối, hoàn chỉnh , cho phép hiểu biết được sâu sắc hắn chất cũng như tính chất đặc trưng của liên kết và cho những kết quả tính toán khá phù hợp với các kết quả nghiên cứu thực nghiệm về liên kết hóa học. Trang 7 Lugn Oan “Tốt Ughi¢p Theo cơ học lượng tử, người ta không coi electron như một tiểu phân chuyến độn g với một vận tốc biết trướ c tron g một qui đạo xác định mà chỉ tính xác xuất có mat của electron trong không giản. Heiler và London da dùng phương pháp nhiều loạn mà Haixenbec đưa vàu cơ học lượng tử năm 1926 để giải bài toán về phân tử Hidro.
Phép tính của ông cho phép giải thích được ban chất cud liên kết cộng hóa trị. Và hoa trị của nguyên tố được tính bằng xố electron chưa ghép đôi có trong vel nguyên tử. Các electron này có thé ở trạng thái cơ bản hay trang thái kích phương Nhà ho? hóa trị (VH) và`“. “= ohitan phân tử (MO) Lién kết công hóa trị giữa hai nguyên tử được hình thành do sự vận động của cap clectron hóa trị trong vùng không gian giữa hai hạt nhân nguyên tử, khi ấy.
hai clectron của hai nguyên tỨ trở thành cập electron chung cho cd hai nguyên tử và năng lượng của chúng giắm đi. Sự hình thành liên kết giữa hai nguyên tử hidro ; Ha và Hb : khi hai nguyên tử tiến lại gần nhau một khoảng cách nhất định thì giữa Ha va Hb xuất hiện những lực tĩnh điện khác nhau — Lực hút giữa hat nhân nguyên tử này với electron nguyên tử kia. — Lực đấy giữ hạt nhân và hai electron. Nếu hai electron song song : lực đẩy chiếm ưu thế, không tạo ra liên kết Nếu hai electron đối song : có sự xen phủ hai obitan , nguyên tử tạo thành đám mây chung bao quanh vở hai hạt nhân mang điện dương.
Is vùng xen phủ Hình | : Sự xen phủ các đám mây electron để tao phân tử H; Để mô tả liên kết cộng hóa trị theo cơ học lượng tử. Người ta phải tìm hàm xóng \ cho phân tử xuất phát từ các obitan nguyên tử a và b. Người ta đã đưa ra nhiều phương pháp giải gắn đúng để tìm hàm sóng y, trong đó có hai phương phip phổ hiến : phương nháp liên kết hóa trị (kí hiệu VB ) do Heiler và London để xưởng nam 1927 và phương pháp obitan phân tử (kí hiệu MO ) do Hun và Muliken xây dung it lâu sau khi công hố phương pháp VB. Trang 8 Luin “(lân “7ốt À(giiệp ——————— ————-_ 2.