Vận dụng thuyết lai hóa và thuyết sức đẩy giữa các cặp electron hóa trị dự đoán và giải thích by Dạy Kèm Quy Nhơn Official

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

-L

-H

C H

IỄ N

ÀN

ÁN

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 1090 28’ Mà từ cấu hình electron của nguyên tử C*

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

10 00

TR ẦN

H Ư

http://daykemquynhon.ucoz.com

Đ ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

A. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong quá trình dạy học của người giáo viên ngoài những kiến thức trong sách giáo khoa, GV cần tự nghiên cứu, bồi dưỡng, tự đọc, tìm hiểu tài liệu để hoàn thiện và nâng cao chuyên môn. Một trong những kiến thức quan trọng nhưng tương đối khó không chỉ với học sinh mà ngay cả giáo viên đó là thuyết lai hóa obitan nguyên tử và cấu trúc dạng hình học phân tử. Nội dung kiến thức nằm trong phần đọc thêm và không có trong đề thi học kì, thi THPT Quốc Gia nên nhiều giáo viên chưa dành nhiều thời gian nghiên cứu, trau dồi. Tuy nhiên, tôi nhận thấy rằng vấn đề dạng hình học của phân tử là một vấn đề hay và thường được đưa vào đề thi HSG tỉnh, HSG quốc gia. Để dự đoán, xác định dạng hình học phân tử, cần nắm rõ lí thuyết và vận dụng được không chỉ thuyết lai hóa mà còn phải nắm vững thuyết sức đẩy giữa các cặp electron hóa trị. Nội dung thuyết lai hóa là nội dung mới lạ, khó hiểu đối với học sinh. Trong SGK hóa 10 – Cơ bản phần đọc thêm và SGK Hóa 10 nâng cao (cũ) có trình bày nội dung thuyết lai hóa. Tuy nhiên các nội dung trên chưa đáp ứng đủ nhu cầu về kiến thức, kỹ năng để đối với đối tượng học sinh giỏi. Còn thuyết sức đẩy giữa các cặp electron hóa trị không được giới thiệu trong SGK. Cần phải có những bổ sung có hệ thống về mặt kiến thức và bài tập để học sinh rèn luyện và thực hành. Vì vậy, tôi đã mạnh dạn xây dựng chuyên đề: “Vận dụng thuyết lai hóa và thuyết sức đẩy giữa các cặp electron hóa trị dự đoán và giải thích dạng hình học của một số phân tử”, hi vọng sẽ giúp ích cho bản thân cũng như đồng nghiệp trong công tác tích lũy, nâng cao chuyên môn, bồi dưỡng HSG. B. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I. BỔ SUNG LÍ THUYẾT 1. Khái niệm về sự lai hóa Để đưa ra khái niệm về sự lai hoá, sách giáo khoa Hóa 10 – Nâng cao đã đưa ra ví dụ về phân tử CH4. Từ công thức cấu tạo của phân tử CH4 : H

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

2p3 2s11 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 obitan trong một nguyên tử, và trong trường hợp trên chính là obitan 2s đã tổ hợp “ trộn lẫn” với 3 obitan 2p để tạo ra 4 obitan lai hoá sp3 giống hệt nhau, bốn obitan lai hoá này xen phủ với 4 obitan 1s của 4 nguyên tử H tạo ra 4 liên kết C- H hoàn toàn giống nhau.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

-H

AO – 2pz có đối xứng đối với trục z. AO - 2s có đối xứng cầu. Tổ hợp tuyến tính 2 AO đó tạo ra 2 AO 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: BeCl2, ZnCl2, BeH2 hay C2H2… - Lai hoá sp là nguyên nhân dẫn đến tính thẳng hàng (góc liên kết bằng 1800) của các liên kết trong những phân tử trên. b. Lai hoá sp2 - Là sự tổ hợp của 1 obitan s với 2 obitan p của một nguyên tử tạo thành 3 obitan lai hoá 2 sp cùng nằm trong một mặt phẳng, định hướng từ tâm đến đỉnh của tam giác đều – lai hoá tam giác. Tương tự như AO lai hoá sp, AO-sp2 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:

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

10 00

1AOs + 1AOp

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

TR ẦN

H Ư

http://daykemquynhon.ucoz.com

Đ ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Sự lai hoá obitan nguyên tử là sự tổ hợp “ trộn lẫn” một số obitan trong một nguyên tử để được từng ấy obitan lai hoá giống nhau nhưng định hướng khác nhau trong không gian. 2. Điều kiện để trạng thái lai hoá obitan của nguyên tử xảy ra và tạo được liên kết bền - Các obitan chỉ được lai hoá với nhau khi năng lượng của chúng xấp xỉ bằng nhau. - Mật độ electron của các obitan nguyên tử tham gia lai hoá phải đủ lớn để độ xen phủ của obitan lai hoá với obitan nguyên tử khác đủ lớn để tạo ra liên kết bền. 3. 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. 4. Các kiểu lai hóa thường gặp Thực tế thường xét hợp chất của các nguyên tố chu kỳ 2. Các AO hoá trị của mỗi nguyên tử của nguyên tố chu kỳ 2 là 2s, 2px, 2py, 2pz. Ta sẽ xét các dạng lai hoá có các AO hoá trị này tham gia. a. Lai hoá sp - Là sự tổ hợp 1 obitan s với 1 obitan p của một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành 2 obitan lai hoá sp nằm thẳng hàng với nhau hướng về hai phía - lai hoá đường thẳng. - Có thể hình dung quá trình lai hoá đó xảy ra như sau:

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ÀN

ÁN

-L

-H

10 00

TR ẦN

H Ư

http://daykemquynhon.ucoz.com

Đ ẠO

- Hình dạng của mỗi AO lai hoá sp3 cũng tương tự như hình dạng AO lai hoá sp, sp2 vừa xét. 4 AO-sp3 hướng ra 4 đỉnh của tứ diện đều mà tâm của tứ diện là nguyên tử (chính xác là hạt nhân nguyên tử) có các AO lai hoá. Do đó lai hoá sp3 được gọi là lai hóa tứ diện Kiểu lai hoá sp3 thường gặp ở các nguyên tử O, N, C (AB4) như phân tử H2O, NH3, CH4, CCl4, NH4+ … *Ngoài ba kiểu lai hoá sp, sp2, sp3 còn có các kiểu lai hoá sau - Lai hoá sp3d (lưỡng chóp tam giác) 1AO s + 3AO p + 1AO d => 5 AO sp3d - Lai hoá dsp2 (vuông phẳng) 1AO d + 1AO s + 2AO p => 4 AO sp2d - Lai hoá sp3d2 (lưỡng chóp tứ giác hay bát diện) 1AOs + 3AO p + 2AO d => 6 AO sp3d2 Thành tựu to lớn nhất của thuyết lai hoá là giải thích hình dạng của một số phân tử. Chẳng hạn: Kiểu Góc Kiểu Hình dạng phân tử lai hoá ở A Phân tử hoá trị Các phân tử ví dụ (*) AB2 Sp Đường thẳng 1800 BeCl2, ZnCl2, CO2 AB3 sp2 Tam giác 1200 BF3, BCl3, SO3 AB4 sp3 Tứ diện 109028’ CH4, CCl4, NH4+, 2 0 AB4 dsp Vuông 90 XeF4, PtCl42-, Cu(NH3)42AB5 sp3d Lưỡng chóp 900 và 1200 PCl5 3 2 0 AB6 sp d Bát diện 90 SF6, SiF62(*) Sẽ giới thiệu cụ thể ở nội dung 5. Kiểu lai hoá phụ thuộc vào cấu tạo nguyên tử nguyên tố trung tâm nên sẽ phụ thuộc vào vị trí của nguyên tố trong bảng tuần hoàn. Bảng dưới đây hệ thống lại khả năng lai hoá các obitan của nguyên tử các nguyên tố và số phối trí tối đa mà nguyên tử có theo chu kỳ Nguyên tố chu kỳ Kiểu lai hoá và số phối trí ( viết trong dấu ngoặc ) Chu kỳ II sp (2), sp2 (3), sp3 (4) Chu kỳ III sp3 (4), dsp3 (5), d2sp3 (6), sp3d2 (6) Chu kỳ IV sp3 (4), dsp3 (5), d2sp3 (6), sp3d2 (6) Chu kỳ V d2sp3 (6), d2sp3f (7) Chu kỳ VI d2sp3 (6), d2sp3f (7)

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

- Ba AO-sp2 cùng nằm trong một mặt phẳng, góc tạo bởi hai trục của hai AO cạnh nhau là 120o. Do đó lai hoá sp2 được gọi là lai hóa tam giác. - Những hợp chất (AB3) có kiểu lai hoá sp2 thường gặp như BF3, BCl3, SO3 hay C2H4… c. Lai hoá sp3 - Là sự tổ hợp của 1 obitan s với 3 obitan p của một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành 4 obitan lai hoá sp3 định hướng từ tâm đến 4 đỉnh của một tứ diện đều – lai hoá tứ diện. - Có thể hình dung quá trình lai hoá sp3 như sau:

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

5. Cách phát hiện kiểu lai hoá và dạng hình học của một số phân tử đơn giản

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ÁN

-L

-H

10 00

TR ẦN

H Ư

http://daykemquynhon.ucoz.com

Đ ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Việc chọn kiểu lai hoá nào để giải thích sự liên kết trong phân tử tuỳ thuộc vào cấu trúc hình học thực nghiệm của phân tử. Tuy nhiên có thể dùng một số lý thuyết hay hoá lượng tử để xác định kiểu lai hoá mà không dựa vào giá trị thực nghiệm. Kiểu lai hoá và hình dạng phân tử phụ thuộc vào số liên kết σ (số phối tử) và số cặp electron hoá trị không tham gia liên kết của nguyên tử trung tâm. Đây chính là nội dung của thuyết sức đẩy giữa các cặp electron. a. Mô hình sự đẩy giữa các cặp electron vỏ hoá trị: Mỗi liên kết cộng hoá trị giữa hai nguyên tử được tạo thành nhờ cặp electron liên kết (LK) hay cặp electron dùng chung. Đôi e liên kết phân bố trong khoảng không gian giữa hai hạt nhân nguyên tử tạo ra liên kết đó. Liên kết cộng hoá trị là liên kết có định hướng không gian làm cho phân tử có hình dạng nhất định đặc trưng cho phân tử và cho chất đã cho. Nhiều nguyên tử sau khi góp chung e để tạo liên kết còn có các e không liên kết (KLK). Chẳng hạn trong N ở NH3 ngoài 3 cặp electron liên kết với 3 nguyên tử H, còn có 1 cặp e không liên kết. Các cặp electron dù liên kết hay không liên kết này sẽ đẩy nhau do cùng tích điện âm. Trong phân tử AXn, A là nguyên tử trung tâm, X là phối tử; n là số phối tử X có trong AXn. Nếu ở A còn có m cặp e không liên kết, mỗi cặp được kí hiệu là E, ta có kí hiệu AXnEm. Mô hình VSEPR xét sự phân bố không gian giữa A với X, với E. Coi nguyên tử trung tâm A có dạng cầu. Tâm của hình cầu là hạt nhân nguyên tử A và các electron phi hoá trị bên trong (lõi), vỏ quả cầu là các e lớp ngoài cùng (e hoá trị). Mỗi cặp e hoá trị chiếm một khoảng không gian nào đó của quả cầu. Các cặp e vỏ hóa trị được phân bố cách nhau tới mức xa nhất có thể được để lực đẩy giữa chúng là nhỏ nhất. Có sự không tương đương giữa các electron: KLK-KLK>KLK-LK>LK-LK ⇒ Kết quả: Cặp e không liên kết chiếm khoảng không gian rộng hơn so với cặp e liên kết Như vậy, ở một mức độ nhất định, hình dạng của phân tử phụ thuộc vào khoảng không gian chiếm bởi các e hoá trị của nguyên tử trung tâm A. Hình dạng phân tử phụ thuộc chủ yếu vào sự phân bố các cặp e hay các đám mây e hoá trị của nguyên tử A. b. Nội dung của thuyết về sức đẩy giữa các cặp e hoá trị (VSEPR - Valence Shell Electron Pair Repulsion) Vào những năm 1940, hai nhà khoa học Nevil Sidgwick và Herbert Powell tại Đại học Oxford đã đưa ra thuyết về sức đẩy giữa các cặp electron hoá trị và sau đó được hai nhà khoa học Ronald Gillespie và Ronald Sydney Nyholm tại Đại học London bổ sung và hoàn chỉnh. Nội dung chính của thuyết như sau: + Cấu hình các liên kết của nguyên tử (hay ion) phụ thuộc vào tổng số cặp electron hoá trị liên kết hay không liên kết bao quanh nó. + Các obitan có các cặp e hoá trị được phân bố đều nhau và cách nhau xa nhất để có lực đẩy nhỏ nhất giữa chúng. + Có sự không tương đương giữa cặp e liên kết và cặp e không liên kết. Đôi e liên kết chịu lực hút đồng thời của hai hạt nhân nguyên tử A và X tạo ra liên kết đó nên chuyển động chủ yếu ở vùng không gian giữa hai hạt nhân. Trong khi đó, cặp e không liên kết chỉ chịu lực hút của hạt nhân A nên có thể chuyển động ra xa hơn. Kết quả là cặp e không liên kết chiếm khoảng không gian rộng hơn (chiếm obitan lai hoá khuếch tán tương đối rộng hơn) so với khoảng không gian chiếm bởi cặp e liên kết, hay có tác dụng đẩy các cặp electron khác mạnh hơn so với cặp electron liên kết. Hay nói gọi lại, - Sức đẩy của các cặp e giảm theo thứ tự: KLK-KLK>KLK-LK>LK-LK Vì vậy, trong một số trường hợp có sự sai lệch về góc liên kết trên thực tế có khác so với lý thuyết. Ví dụ: trong phân tử H2O, NH3 các góc liên kết HOH(104,50) góc HNH (107,00) mặc dù các nguyên tử trung tâm O, N đều ở trạng thái lai hoá sp3 do các phân tử có số cặp www.facebook.com/daykemquynhonofficial Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

ÀN

ÁN

-L

-H

10 00

TR ẦN

H Ư

http://daykemquynhon.ucoz.com

Đ ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

electron không liên kết bằng 1 và 2; còn CH4 có số cặp không electron liên kết bằng 0, nên có góc liên kết chuẩn lai hóa sp3 là 109,50. + Không gian của cặp electron liên kết sẽ giảm nếu độ âm điện của các phối tử X tăng lên, dẫn đến góc hóa trị XAX giảm. Góc liên kết trong NF3 chỉ là 102o so với 107o của NH3. Tương tự góc liên kết giảm trong dãy: PI3 (102o), PBr3 (101,5o), PCl3 (100,3o) và PF3 (97,8o). * Để áp dụng lý thuyết về sự lai hoá các obitan nguyên tử và thuyết sức đẩy giữa các cặp electron hóa trị, giải thích sự hình thành liên kết cộng hoá trị trong phân tử cần cho học sinh làm các bước sau: - Xác định nguyên tử trung tâm trong hợp chất. (Nguyên tử trung tâm trong 1 hợp chất hóa học là nguyên tử của nguyên tố mà liên kết với nhiều nguyên tử nguyên tố khác nhất hay là nguyên tử của nguyên tố có trị tuyệt đối của số OXH là lớn nhất trong phân tử hợp chất đó) - Viết cấu hình electron của nguyên tử trung tâm. Mục đính là để xác định số đôi e chưa tham gia liên kết nên chúng ta chỉ quan tâm đến lớp e ngoài cùng. - Viết công thức cấu tạo của phân tử hợp chất đó. - Viết công thức hợp chất đó dưới dạng AXnEm. Trong đó A, X, E, n, m lần lượt là nguyên tử trung tâm, phối tử, đôi electron, số phối tử, số đôi e chưa tham gia liên kết. (có thể không nhất thiết phải viết công thức dạng này mà chỉ cần xác đinh được phối tử và số đôi e chưa tham gia liên kết là được). - Tính tổng của số phối tử xung quanh nguyên tử trung tâm A và số đôi e chưa tham gia liên kết: n + m. Rồi xác đinh trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm theo quy tắc sau: + n +m = 2 thì nguyên tử trung tâm lai hóa kiểu sp. Hai obital lai hóa hướng về hai phía của một đường thẳng. Cấu trúc hình học của phân tử là dạng đuờng thẳng, góc liên kết 1800. Như các phân tử: CO2 , BeCl2, C2H2, BeH2, ZnCl2. + n +m = 3 thì nguyên tử trung tâm lai hóa kiểu sp2 n m Hình dạng phân tử Ví dụ 3 0 Tam giác đều BF3, AlCl3, SO3, C2H4, CO32-, NO32 1 Dạng góc SnCl2, SO2, O3, NO2 3 + n +m = 4 thì nguyên tử trung tâm lai hóa kiểu sp n m Hình dạng phân tử Ví dụ + 24 0 Tứ diện đều CH4, NH4 , SO4 , CCl4, ClO4-, PO433 1 Tháp tam giác NH3, PH3 2 2 Dạng góc H2O, H2S, SF2, SCl2, F2O 1 3 Dạng thẳng HF 3 + n +m = 5 thì nguyên tử trung tâm lai hóa kiểu dsp (lai hóa trong) hoặc sp3d (lai hóa ngoài) n m Hình dạng phân tử Ví dụ 5 0 Lưỡng chóp tam PCl5, PF5 giác 4 1 Hình bập bênh SF4 3 2 Hình chữ T BrF3, ClF3, HClO2 2 3 Đường thẳng HClO, XeF2 2 3 + n +m = 6 thì nguyên tử trung tâm lai hóa kiểu d sp (lai hóa trong) hoặc sp3d2(lai hóa ngoài) n m Hình dạng phân tử Ví dụ 6 0 Bát diện đều SF6 5 1 Chóp vuông BrF5 4 2 Vuông phẳng XeF4, ICl4Tuy nhiên để giải thích đúng hình dạng của phân tử, ngoài sự lai hoá còn vận dụng thêm một số giả thiết nữa. Ví dụ trong liên kết đôi, ba khi xét cấu trúc hình học của phân tử chủ yếu người ta chỉ chú ý đến liên kết σ vì chỉ liên kết σ mới quyết định hướng liên kết, tuy nhiên theo quy tắc Gillespie (Di- let- pi) thì đám mây electron của liên kết đôi xốp hơn chiếm

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

khoảng không gian lớn hơn đám mây liên kết đơn .Vì vậy, trong phân tử AX3 (lai hoá sp2) có một liên kết π thì góc liên kết sẽ lớn hơn 1200 và tất nhiên góc còn lại sẽ bé hơn 1200. Chẳng hạn trong phân tử HCHO có các góc liên kết như sau:

116 0

1220 C O

TO Một obitan lai hoá có một electron độc thân còn hai obitan lai hoá nữa, mỗi một obitan có một cặp electron:

IỄ N

ÀN

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ÁN

-L

-H

10 00

TR ẦN

H Ư

http://daykemquynhon.ucoz.com

Nguyên tử O trung tâm (nguyên tử O ở giữa) ở trạng thái lai hoá sp2:

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

H2O H2S (**) H2Se (**) H2Te (**) 0 0 105 92 910 900 NH3 PH3 (***) AsH3 (***) SbH3 (***) 0 107 940 920 900 CH4 1090 28’ (**), (***): Có tài liệu cho rằng các phân tử H2S, H2Se, H2Te, PH3, AsH3, SbH3 không lai hóa… 6. Vai trò của thuyết lai hoá Như chúng ta đã đặt vấn đề khi đưa ra khái niệm về sự lai hoá, đó là thuyết lai hoá giải thích được hình dạng của một số phân tử mà theo thuyết liên kết cộng hoá trị thuần tuý sẽ không giải thích được hoặc giải thích bằng thuyết lai hoá sẽ sát với thực nghiệm hơn. Dựa vào lý thuyết về sự xen phủ chúng ta có thể giải thích được những trường hợp hình thành hay không hình thành liên kết hoá học; liên kết tạo ra bền (liên kết σ ) hay không bền (liên kết π). II. Cấu tạo các phân tử đơn giản 1. Phân tử O3 Phân tử O3 có dạng đường gãy khúc với góc <OOO là 117o:

Đ ẠO

Góc hoá trị Giảm xuống vì số cặp electron tự do tăng lên

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Còn đối với những phân tử sau đây, các nguyên tử trung tâm đều ở cùng một kiểu lai hoá sp3 của các obitan nhưng sự biến đổi của góc hoá trị được giải thích như sau: Góc hoá trị giảm xuống vì vai trò của obitan s trong sự lai hoá sp3 giảm xuống

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Một obitan lai hoá có một cặp electron tạo thành liên kết cho nhận với một obitan 2p của nguyên tử O (ở bên trái của hình vẽ), một obitan lai hoá khác có electron độc thân xen phủ với obitan 2p của nguyên tử O khác (ở bên phải của hình vẽ) có electron độc thân tạo thành liên kết cộng hoá trị σ:

ÁN

-L

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

-H

Ngày nay để đơn giản, người ta hay dùng một công thức linh hoạt hơn, trong đó liên kết π được chia đôi cho cả hai liên kết (ở hai bên), nghĩa là một liên kết π không định chỗ được kí hiệu bằng vạch rời:

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

10 00

(để đơn giản, trong hình không biểu diễn sự che phủ của các obitan tạo thành liên kết π) Vậy công thức cấu tạo của phân tử O3 là:

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

TR ẦN

H Ư

http://daykemquynhon.ucoz.com

Đ ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

hay Một obitan 2p còn lại không lai hoá của nguyên tử O trung tâm có electron độc thân xen phủ với obitan 2p khác của nguyên tử O (bên phải) cũng có electron độc thân tạo thành liên kết π:

IỄ N

ÀN

2. Phân tử SO2 Phân tử SO2 có dạng đường gãy khúc giống như O3 với góc <OSO là 120o:

Nếu một cách gần đúng người ta thừa nhận rằng trong phân tử SO2 chỉ những obitan 3s và 3p của S tham gia tạo thành liên kết thì cách mô tả sự tạo thành các liên kết sẽ tương tự như đối với phân tử O3, nghĩa là phân tử SO2 có công thức cấu tạo:

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Hay công thức linh hoạt hơn với một liên kết π không định chỗ:

ÁN

-L

-H

Obitan 3p không lai hoá của S có electron độc thân che phủ với obitan 2p khác của nguyên tử O (giả sử ở bên trái của hình vẽ) có electron độc thân tạo thành một liên kết π và một obitan 3d không lai hoá của S có electron độc thân che phủ với obitan 2p khác của O (giả sử ở bên phải hình vẽ) có electron độc thân tạo thành một liên kết π nữa.

IỄ N

ÀN

3. Phân tử NO2 Phân tử NO2 có dạng gấp khúc gần giống như O3 và SO2

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

10 00

Một obitan lai hoá có một cặp electron tự do và mỗi một obitan lai hoá còn lại có một electron độc thân che phủ với obitan 2p của hai nguyên tử O cũng có electron độc thân tạo thành liên kết σ:

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

TR ẦN

H Ư

http://daykemquynhon.ucoz.com

Để có hoá trị bốn, nguyên tử S phải ở trạng thái lai hoá sp2 và có cấu hình electron ở trạng thái kích thích, nghĩa là một electron 3p chuyển sang obitan 3d:

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Đ ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Độ bội của liên kết S-O là 1,5 Nhưng việc rút ngắn mạnh độ dài của liên kết S-O (1,43A) trong SO2 so với độ dài của liên kết đơn (1,55A) nói lên rằng liên kết đó là liên kết đôi và phân tử SO2 có cấu tạo:

Sự tạo thành các liên kết trong phân tử được mô tả tương tự như đối với phân tử O3 và SO2, nghĩa là NO2 có công thức cấu tạo:

hay công thức với liên kết π không định chỗ

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

ÁN

-L

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

hay một công thức liên kết π không định chỗ:

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

-H

10 00

TR ẦN

H Ư

http://daykemquynhon.ucoz.com

Đ ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Nếu một cách gần đúng người ta thừa nhận rằng trong phân tử SO3 chỉ những obitan 3s và 3p của S tham gia tạo thành liên kết thì cách mô tả sự tạo thành liên kết gần tương tự như đối với phân tử O3.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

4. Phân tử SO3 Phân tử SO3 có dạng hình tam giác đều, nguyên tử S nằm ở trọng tâm của tam giác và ba nguyên tử O nằm ở đỉnh:

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

ÀN

Độ bội của liên kết S-O là 1,33 và S có hoá trị 4. Nhưng việc rút ngắn độ dài của liên kết S-O (1,43A) trong SO3 cũng giống như trong SO2 là liên kết đôi và phân tử SO3 có cấu tạo:

Để có hoá trị sáu, nguyên tử S phải ở trạng thái lai hoá sp2 và có cấu hình electron ở trạng thái kích thích, nghĩa là một electron 3s và một electron 3p chuyển sang các obitan 3d:

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

ÁN

-L

IỄ N

ÀN

Vậy phân tử NH3 có cấu tạo:

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

-H

Một obitan lai hoá có cặp electron không liên kết, còn ba obitan lai hoá khác, mỗi obitan có một electron độc thân xen phủ với obitan 1s có electron độc thân của ba nguyên tử H tạo thành ba liên kết cộng hoá trị:

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

10 00

TR ẦN

Trong phân tử NH3, nguyên tử N ở trạng thái lai hoá sp3:

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

H Ư

http://daykemquynhon.ucoz.com

Đ ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Ba obitan lai hoá của S, mỗi obitan có một electron độc thân che phủ với 3 obitan 2p chứa electron độc thân của ba nguyên tử O tạo thành ba liên kết cộng hoá trị. Ngoài ra một obitan 3p và hai obitan 3d không lai hoá của S, mỗi một có một electron độc thân che phủ với 3 obitan 2p còn lại có electron độc thân của ba nguyên tử O tạo thành ba liên kết π. Như vậy trong phân tử SO3, nguyên tử S có hoá trị sáu. 5. Phân tử NH3 Phân tử NH3 có dạng hình chóp tam giác, nguyên tử N ở đỉnh và ba nguyên tử H ở đỉnh của tam giác đểu:

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

6. Ion NH4+ Ion NH4+ có dạng hình tứ diện đều, nguyên tử N nằm ở trung tâm và bốn nguyên tử H nằm ở đỉnh của tứ diện:

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

-H

10 00

TR ẦN

Về vấn đề liên quan góc liên kết vẫn còn những quan điểm trái ngược nhau. Một số tài liệu cho rằng từ thực nghiệm là phân tử H2S có góc liên kết HSH = 920 ~ 900 nên các obitan của S không lai hoá vì nếu có lai hoá thì S ở trạng thái lai hoá sp3, góc liên kết phải gần với giá trị 109028’. Nguyên tử S bỏ ra 2 electron độc thân trên 2 obitan p (px, py) xen phủ với 2 obitan 1s có electron độc thân của nguyên tử H tạo 2 liên kết S – H. Góc tạo bởi trục của 2 obitan px và py là 900. Nhưng do tạo 2 liên kết S – H làm tăng mật độ electron khu vực giữa nhân hai nguyên tử S, H. Hai cặp electron liên kết này đẩy nhau làm cho góc liên kết HSH lớn hơn 900 và thực tế là 920. Bên cạnh đó một số tài liệu lại nói rằng trong phân tử H2S thì S ở trạng thái lai hoá sp3. Ở đây nguyên tử S có cấu hình electron 3s23p4 với 2 electron p độc thân sẽ liên kết với 2 nguyên tử H. Như chúng ta đã biết, trục của các obitan p luôn vuông góc với nhau nên góc HSH đáng lẽ phải là 900 nhưng trong thực tế góc liên kết HSH là 920. Sự sai khác chỉ vài độ giải thích sự lai hoá yếu không rõ rệt.Trong phân tử H2S, nguyên tử S vẫn ở trạng thái lai hoá sp3. Hai obitan lai hoá, mỗi một có một cặp electron không liên kết còn hai obitan lai hoá còn lại mỗi một có một electron độc thân xen phủ với obitan 1s có electron độc thân của hai nguyên tử H tạo thành hai liên kết cộng hoá trị. Phân tử có cấu tạo:

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

H Ư

http://daykemquynhon.ucoz.com

7. Phân tử H2S Phân tử H2S có dạng gấp khúc giống các phân tử O3, SO2:

Đ ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Trong ion NH4+, sự tạo thành ba liên kết cộng hoá trị bởi ba cặp electron chung giữa N và H xảy ra tương tự như trong phân tử NH3. Chỗ khác ở đây là obitan lai hoá có cặp electron xen phủ với obitan 1s trống electron của H+ tạo thành liên kết cho nhận. Tuy nhiên cả bốn liên kết N - H đều giống nhau vì đều là liên kết cộng hoá trị tạo nên bởi cặp electron:

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

8. Phân tử CO2 Phân tử CO2 có dạng đường thẳng, nguyên tử C ở giữa hai nguyên tử O: Trong phân tử CO2, nguyên tử C ở trạng thái lai hoá sp và có cấu hình electron ở trạng thái kích thích:

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Hai obitan lai hoá sp, mỗi một có một electron độc thân, xen phủ với obitan 2p có electron độc thân của hai nguyên tử O ở hai bên tạo thành hai liên kết cộng hoá trị:

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ÁN

-L

2s1

2p1

2p2

2s1

2p3

9F 1H 1

1s1

H Công thức cấu tạo

IỄ N

2s1

ÀN

Cấu hình electron

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

-H

10 00

trong đó C có hoá trị 4. III. MỘT SỐ BÀI TẬP VẬN DỤNG Ví dụ 1: Dựa vào sự lai hoá, mô tả cấu trúc của các phân tử sau dưới dạng xen phủ obitan nguyên tử và cho biết dạng hình học của mỗi phân tử: a. BeH2 b. BF3 c. CH4 HD: Muốn dựa vào sự lai hóa để mô tả cấu trúc phân tử thì trước hết phải xét cấu tạo nguyên tử trung tâm Be, B, C; xác định đúng công thức cấu tạo phẳng của các phân tử – nhất là xác định tổng số liên kết và số cặp electron không liên kết của nguyên tử trung tâm, kết hợp với cấu hình electron hoá trị của nguyên tử đó, từ đó xác định được trạng thái lai hoá của nguyên tử trung tâm và cách hình thành liên kết cộng hoá trị. BeH2 BF3 CH4 4Be ∗ 5B ∗ 6C ∗

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

TR ẦN

và phân tử có công thức cấu tạo:

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

H Ư

http://daykemquynhon.ucoz.com

Đ ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Hai obitan không lai hóa của C, mỗi một có electron độc thân xen phủ với obitan 2p khác có electron độc thân của hai nguyên tử O tạo thành liên kết π:

F n+m Lai hoá Dạng hình học

2 sp Đường thẳng

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

sp2

sp3

Tam giác đều

Tứ diện đều

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Ví dụ 2: Hãy mô tả sự hình thành liên kết và cấu tạo của phân tử etan C2H6 HD: *

2p3

2s1

Dạng hình học

H2SO4 4

N O

Đường thẳng

Tam giác

Chữ V

NH3 4

H2O 4

sp3

OH S

.. N

.. .. O

Tứ diện

Tháp đáy tam giác

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

H Ư

TR ẦN

10 00

-H

sp2

-L

TO ÀN

SO2 3

O=C=O

Đ IỄ N

HNO3 3

ÁN

n+m Kiểu lai hoá

CO2 2

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Đ ẠO

Ví dụ 3: Hãy cho biết dạng hình học của các phân tử sau đây: CO2, HNO3, SO2, H2SO4, NH3, H2O. HD: Cần xác định số cặp electron liên kết và không liên kết xung quanh các nguyên tử trung tâm: C, N, S, O…. - Trong phân tử CO2 xung quanh nguyên tử trung tâm C có 2 phối tử O. - Trong phân tử HNO3 xung quanh nguyên tử trung tâm N có 2 phối tử O và 1 nhóm – OH. - Trong phân tử SO2 xung quanh nguyên tử trung tâm S có 2 phối tử O và một cặp electron không tham gia liên kết. - Với phân tử H2SO4 xung quanh nguyên tử trung tâm S có 2 phối tử O và 2 nhóm OH - Với phân tử NH3, xung quanh nguyên tử trung tâm N có 3 phối tử N và một cặp electron chưa tham gia liên kết. - Phân tử H2O, xung quanh nguyên tử trung tâm O có 2 phối tử O và 2 cặp electron không tham gia liên kết.

http://daykemquynhon.ucoz.com

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Trong phân tử C2H6 hai nguyên tử C đều ở trạng thái lai hoá sp3, mỗi một obitan lai hoá có một electron độc thân. Ở mỗi nguyên tử C, ba obitan lai hoá sp3 xen phủ với ba obitan 1s của H có một electron độc thân tạo thành ba liên kết C- H. Hai obitan lai hoá sp3 còn lại ở hai nguyên tử C sẽ xen phủ với nhau tạo thành liên kết C-C. Tất cả những liên kết C – H và C – C đó là liên kết σ và là liên kết đơn. Các góc liên kết CCH, HCH đều có giá trị 109028’. Phân tử C2H6 có cấu tạo không gian:

Chữ V

Ví dụ 4: Hãy cho biết cấu trúc hình học của các phân tử: PF3, PCl3, PH3 và hãy so sánh các góc liên kết giữa nguyên tử P với các nguyên tử khác trong phân tử. HD: Viết công thức cấu tạo:

P F

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Cl Cl

P Cl

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

+ N

-L

ÁN

+ N

O O

1150

ÀN

1320

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

NO2

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

-H

NO2+

NO2

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

10 00

TR ẦN

H Ư

http://daykemquynhon.ucoz.com

Đ ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Các phân tử trên đều thuộc loại AX3E (lai hoá tứ diện). Tuy nhiên vì có cặp electron không liên kết nên góc liên kết nhỏ hơn góc tứ diện ( 109028’). Các góc liên kết cũng không đồng nhất vì các phối tử có độ âm điện khác nhau. Độ âm điện của các phối tử càng lớn, đám mây liên kết càng bị đẩy về phía các phối tử và do đó góc liên kết càng nhỏ. Vì độ âm điện giảm dần theo chiều: F > Cl > H. Nên góc FPF < góc ClPCl < góc HPH. Ví dụ 5: Dựa vào thuyết lai hoá hãy cho biết dạng hình học của hai phân tử: BeCl2 và NF3 Tính định hướng của liên kết cộng hoá trị thuần tuý (không xét sự lai hoá) có giải thích được dạng hình học của chúng không? Vì sao? HD: Be: 1s22s2 Be*: 1s2 2s12p1 => Be có 2 electron độc thân tạo thành 2 liên kết σ với 2 nguyên tử clo, không còn có cặp electron hoá trị nào không tham gia liên kết. Be trong BeCl2 lai hoá sp và phân tử BeCl2 có cấu trúc thẳng. Bằng liên kết cộng hoá trị thuần tuý không khẳng định được cấu trúc thẳng của phân tử BeCl2 vì hướng xen phủ của 2 AO 2p của Be với AO hoá trị của Cl là xác định, còn hướng xen phủ của 2AO 2s của Be với AO hoá trị của Cl thứ hai là không xác định do AO s hình cầu nên xen phủ ở mọi hướng đều có giá trị như nhau. N: 1s2 2s22p3 => N có 3 electron độc thân trên 3 AO 2p khác nhau. Các AO 2p này đều nằm thẳng góc với nhau và đó cũng là hướng xen phủ lớn nhất với các AO hoá trị của 3 nguyên tử F. Vậy theo thuyết liên kết cộng hoá trị thuần tuý, phân tử có hình tháp tam giác với các góc liên kết FNF khoảng 900. Theo thuyết lai hoá: ở N trong NF3 có sự lai hoá sp3 vì N tạo 3 liên kết σ với 3 nguyên tử F và vẫn còn một cặp electron hoá trị chưa tham gia liên kết. Vậy phân tử NF3 có hình tháp tam giác và góc FNF gần bằng góc tứ diện đều (109028’). Thực nghiệm xác nhận góc FNF gần bằng 1020, nghĩa là gần với góc tứ diện đều . Vậy cả hai thuyết đều giải thích được cấu hình của phân tử NF3 nhưng thuyết lai hoá dự đoán góc FNF gần sát với kết quả thực nghiệm hơn. Ví dụ 6: Hãy so sánh (có giải thích) góc liên kết ONO trong các phân tử NO2, KNO2 và NO2Cl HD:

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

Trong NO2 và NO2− đều có N ở trạng thái lai hóa sp2, nên có cấu trúc dạng góc. NO2 chỉ có 1 e chưa liên kết nên lực đẩy giữa các cặp e liên kết yếu hơn NO2- có cặp e chưa liên kết => Góc liên kết ONO của NO2 > góc liên kết ONO của NO2−. Nguyên tử N trong NO2+ ở trạng thái lai hóa sp và không còn e tự do nên hai liên kết σ có khuynh hướng tạo góc 1800 để giảm thiểu lực đẩy giữa các đôi e liên kết, dẫn đến hình học tuyến tính (đường thẳng). Ví dụ 7: Thực nghiệm cho biết cả ba hợp chất CHBr3, SiHBr3, CH(CH3)3 đều có cấu tạo tứ diện. Có ba trị số góc liên kết tại tâm là 110o; 111o; 112o (không kể tới H khi xét các góc này). Độ âm điện của H là 2,20; CH3 là 2,27; Csp3 là 2,47; Si là 2,24; Br là 2,50. Dựa vào mô hình sự đẩy giữa các cặp e hóa trị (VSEPR) và độ âm điện, hãy cho biết trị số góc của mỗi hợp chất và giải thích.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

HD: Cấu tạo không gian của các phân tử được biểu diễn như sau : H H H

CH3

IỄ N

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

ÀN

ÁN

-L

-H

10 00

TR ẦN

H Ư

http://daykemquynhon.ucoz.com

Đ ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

SiHBr3 (1) CHBr3 (2) CH(CH3)3 (3) + Góc liên kết được tạo thành bởi trục của đám mây electron của 2 obitan tạo thành liên kết . Sự phân bố mật độ electron của các đám mây này phụ thuộc vào độ âm điện của nguyên tử trung tâm A và phối tử X. Ở cả 3 hợp chất nguyên tử trung tâm A đều có lai hoá sp3 vì lớp vỏ hoá trị có 4 cặp electron. Sự khác nhau về trị số của các góc chỉ phụ thuộc vào độ âm điện tương đối giữa các nguyên tử liên kết. + Khi so sánh 2 góc Br – A – Br ở (1) và (2), liên kết Si-Br phân cực hơn liên kết C-Br nên góc Br – C – Br có trị số lớn hơn góc Br – Si – Br. + Khi so sánh 2 góc Br – C – Br và H3C – C – CH3 ở (2) và (3), liên kết C – Br phân cực hơn liên kết C – CH3 nên góc ở (3) lớn hơn ở (2). + Từ hai so sánh trên thấy rằng trị số các góc tăng dần theo thứ tự sau: Góc ở (1) < Góc ở (2) < Góc ở (3) Ví dụ 8: Cho các phân tử: Cl2O ; O3 ; SO2 ; NO2 ; CO2 và các góc liên kết: 1200 ; 1100 ; 1320 ; 116,50 ; 1800. a) Hãy ghi giá trị góc liên kết trên cho phù hợp với các phân tử tương ứng. b) Giải thích (ngắn gọn) HD: a) Điền góc liên kết: Cl2O: (1100) ; O3 : (116,50); SO2 : (1200); NO2 : (1320) ; CO2 : (1800) b) Giải thích: - Các phân tử: O3 : (116,50); SO2 : (1200); NO2: (1320) ; có lai hoá sp2 nên góc liên kết ≈ 1200. Góc liên kết phụ thuộc 2 yếu tố: + Độ âm điện của nguyên tố trung tâm: độ âm điện càng mạnh => kéo cặp e dùng chung về trung tâm => tăng lực đẩy => tăng góc liên kết. + Mật độ e, độ lớn của obitan lai hoá chưa tham gia liên kết làm tăng lực đẩy khép góc => làm giảm góc liên kết. - O3 có góc liên kết nhỏ nhất vì obitan lai hoá còn cặp e chưa liên kết tạo lực đẩy khép góc. - NO2 có góc liên kết lớn nhất vì N có độ âm điện lớn hơn S, obitan lai hoá chưa tham gia liên kết có 1e nên lực đẩy khép góc kém. - Phân tử CO2 : lai hoá sp nên góc liên kết ≈ 1800 - Phân tử Cl2O: lai hoá sp3, góc liên kêt ≈ 109,50 Ví dụ 9: Viết công thức cấu tạo Lewis, nêu trạng thái lai hóa và vẽ dạng hình học của các phân tử sau: (a) B2H6 (b) XeO3 (c) Al2Cl6 Giải thích vì sao có Al2Cl6 mà không có phân tử B2F6? HD: a. B lai hóa sp3, phân tử B2H6 gồm 2 tứ diện lệch có 1 cạnh chung, liên kết BHB là liên kết 3 tâm và chỉ có 2 electron, 1 electron của H và 1 electron của B.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

CTCT:

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

N+

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

-H

10 00

Al lai hóa sp3, phân tử Al2Cl6 gồm hai tứ diện lệch có 1 cạnh chung, có 2 liên kết cho nhận được tạo tạo thành do cặp electron không liên kết của Cl và obitan trống của Al. Trong Al2Cl6, nguyên tử Al đạt được cấu trúc bát tử vững bền. Có phân tử Al2Cl6 vì nguyên tử Al đạt cấu trúc bát tử vững bền. Không có phân tử B2F6 vì: phân tử BF3 bền do có liên kết pi không định chỗ được tạo thành giữa obitan trống của B với cặp electron không liên kết của F và kích thước của nguyên tử B bé so với nguyên tử F nên tương tác đẩy giữa 6 nguyên tử F lớn làm cho phân tử B2F6 trở nên kém bền. Ví dụ 10: (Đề dự tuyển QG 2012 – HT) Cho biết cấu trúc các phân từ và ion sau: NH4+; PCl5; SF6; XeF2Cl2 (nêu và giải thích trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm, mô tả dạng hình học phân tử, vẽ hình phân tử). HD: a. NH4+: N lai hóa sp3, xung quanh N có 4 vùng electron nên phân tử có hình tứ diện đều.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

TR ẦN

H Ư

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

http://daykemquynhon.ucoz.com

Đ ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

b. PCl5+: P lai hóa sp3d, xung quanh P có 5 vùng electron nên phân tử có hình lưỡng tháp tam giác.

c. SF6: P lai hóa hóa sp3d2, xung quanh S có 6 vùng electron nên phân tử có hình bát diện đều. Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

d. XeF2Cl2: Xe lai hóa hóa sp3d2, xung quanh Xe có 4 vùng electron nên phân tử có hình vuông. Nhưng phân tử có 2 dạng cis và trans.

4s0

↑↓

4p0

↑↓

10 00

TR ẦN

Ở trạng thái kích thích, nguyên tử Fe dùng 1 obitan 3d trống tổ hợp với 1obitan 4s và 3 obitan 4p tạo thành 5 obitan lai hoá dsp3 trống hướng ra 5 đỉnh của hình lưỡng chóp đáy tam giác đều tâm là nguyên tử Fe. CO dùng cặp electron tự do chưa liên kết trên nguyên tử cacbon tạo liên kết phối trí với các obitan lai hoá trống của sắt tạo ra phân tử phức trung hoà Fe(CO)5 Fe* [Ar] 3d8 4s0 4p0 ↑↓

↑

↑↓

-L

↑↓

-H

:CO :CO :CO : CO :CO Ví dụ 12: Sự hình thành liên kết trong phân tử Ni(CO)4 Ni (Z = 28) [Ar] 3d8 4s2 4p0

Ni*

[Ar]

ÁN

↑↓

↑

↑↓

4s0

↑↓

4p0

↑↓

IỄ N

ÀN

Ở trạng thái kích thích, nguyên tử Ni dùng 1 obitan 4s trống tổ hợp với 3 obitan 4p tạo thành 4 obitan lai hoá sp3 trống hướng ra 4 đỉnh của hình tứ diện đều tâm là nguyên tử Ni. CO dùng cặp electron tự do chưa liên kết trên nguyên tử cacbon tạo liên kết phối trí với các obitan lai hoá trống của Niken tạo ra phân tử phức trung hoà Ni(CO)4 Ni* [Ar] 3d8 4s0 4p0

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

↑↓

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

↑

H Ư

http://daykemquynhon.ucoz.com

↑↓

↑ 8

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

[Ar]

↑

Fe*

↑

↑↓

Đ ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Cis Trans Một vài ví dụ về lai hóa trong phức chất Ví dụ 11: Giải thích sự hình thành liên kết trong phức chất Fe(CO)5 theo thuyết lai hóa. HD: Fe (Z = 26) [Ar] 3d6 4s2 4p0

↑↓

↑↓ ↑

↑

:CO :CO : CO :CO Phân tử Ni(CO)4 có tính nghịch từ vì không còn electron độc thân. Ví dụ 13: Khi hòa tan muối CrCl3.6H20 vào nước, sau đó thêm lượng dư dung dịch AgNO3 và lọc nhanh kết tủa AgCl thì thì được muối của crom tồn tại dưới dạng phức chất có công thức [Cr(H2O)5Cl]2+ . Hãy xác định trạng thái lai hóa và dạng hình học của phức chất trên. www.facebook.com/daykemquynhonofficial Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

HD: 24

Cr3+ (1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3) →

Cr3+ : [Ar] 3d3

Cl 900

H2O

A H 2O

H 2O H 2O B¸t diÖn ®Òu

Cr lai hãa sp3d2

Phøc thuËn tõ

900

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

sức đẩy giữa các cặp electron hóa trị, tôi cũng đã trình bày cấu trúc hình học một số phân từ và đưa ra các ví dụ minh hoạ được trích từ các đề học sinh giỏi tỉnh, đề dự tuyển quốc gia,

http://daykemquynhon.ucoz.com

Mặc dù đã rất đầu tư và cố gắng, nhưng đề tài này chắc chắc còn nhiều hạn chế, thiếu

H Ư

sót, tôi mong muốn sự đồng thuận và góp ý của bạn bè và đồng nghiệp để bổ sung và hoàn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

TR ẦN

thiện.

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

-H

10 00

Người làm chuyên đề: Nguyễn Thị Duyên

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

nghiệp trong công việc tích lũy, nâng cao chuyên môn và bồi dưỡng học sinh giỏi.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Đ ẠO

đề quốc gia của các sở giáo dục. Rất mong nội dung chuyên đề sẽ giúp ích cho các đồng

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

C. KẾT LUẬN Trong nội dung của chuyên đề này tôi đã đưa ra hệ thống về lí thuyết lai hóa và thuyết

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial