Giáo án Liên kết hóa học - Môn hóa học 12

liên kết hóa học
A- phân loại liên kết
I – Liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử 
1. Liên kết ion
- Là liên kết được hình thành do tương tác tĩnh điện giữa các ion khác dấu, xuất hiện khi nguyên tử nhường đi hay thu thêm electron 
	Hóa trị ion của một nguyên tố là số điện tử mà nguyên tử của nguyên tố đó đã bỏ ra (hóa trị dương) hay thu thêm vào (hóa trị âm)
2. Liên kết cộng hóa trị xuất hiện cùng với sự hình thành cặp electron cho 2 nguyên tử liên kết.	 
	Cộng hóa trị của một nguyên tố là số cặp electron mà nguyên tử cần xét có chung với các nguyên tử khác
* Liên kết cho nhận là trường hợp đặc biệt của liên kết cộng hóa trị trong đó cặp electron dùng chung xuất phát từ 1 trong hai nguyên tử
	Liên kết cho nhận thường được biểu diễn bằng 1 mũi tên ngắn từ nguyên tử cho đến nguyên tử nhận
	Đối với liên kết cộng hóa trị (bình thường) mỗi nguyên tử tham gia liên kết góp 1 electron tạo thành cặp electron chung hay một liên kết 
	Đối với liên kết cho nhận , cặp electron dùng chung xuất phát từ chỉ từ một nguyên tử do đó có thể biểu diễn bằng sơ đồ sau: 
	A: + B đ A+: B- 
Có thể hình dung là trước đó nguyên tử A cho nguyên tử B một electron để góp chung, từ đó A thừa 1 điện tích (+) và B thừa 1 điện tích (-) và viết là A+-B+. Điện tích đó được gọi là điện tích hình thức
3. Liên kết kim loại 
	Liên kết giữa các nguyên tử kim loại ở trạng thái tinh thể hoặc ở trạng thái lỏng được gọi là liên kết kim loại. Trong tinh thể kim loại, ở những nút của mạng lưới tinh thể là những ion dương. Các electron hóa trị tách khỏi nguyên tử di động tương đối tự do trong toàn khối kim loại. Lực hút giữa các electron này và các ion dương là nguyên nhân của liên kết kim loại
II- Liên kết giữa các phân tử 
1. Liên kết hiđro
a - Bản chất liên kết H là tương tác tĩnh điện giữa 1 đầu tích điện d+ và 1 đầu tích điện d+. 
	... :
	Liên kết này là liên kết yếu: 20-25 kJ/mol và phụ thuộc vào bản chất của từng phân tử. Nếu d+ và d1- càng lớn thì liên kết H sẽ mạnh lên và bền hơn .
Điều kiện hình thành liên kết H:
+ X phải có độ âm điện cao, bán kính nguyên tử phải tương đối nhỏ( O, N, F)
+ Y: có ít nhất một cặp e chưa sử dụng, có r nhỏ (O, N, F)
Có 2 loại liên kết H
+ Liên kết H giữa các phân tử ( liên kết H liên phân tử)
VD: 
d+
d-
d+
d-
• • •
• • •
• • •
d+
d-
Có thể có loại liên kết H liên phân tử tạo thành vòng khép kín (dạng đime) rất bền rất khó tách nhau ra ngay cả khi bay hơi
+ Liên kết H nội phân tử: Xuất hiện trong phân tử có cả và : và chúng phải ở tương đối gần nhau để khi hình thành liên kết H tạo thành được vòng 5-6 cạnh ( thường thì vòng 5 cạnh bền hơn)
Trong phân tử có liên kết H nội phân tử: ngoài ra còn có liên kết H liên phân tử nhưng vô cùng khó khăn vì nó tạo ra liên kết H nội phân tử dễ dàng hơn và bền hơn liên kết H liên phân tử
b) ảnh hưởng của liên kết H
+) ảnh hưởng đến độ sôi, nhiệt độ nóng chảy
- liên kết H liên phân tử: t0s, t0nc lớn hơn so với những chất có cùng phân tử khối hoặc khác nhau không có liên kết H hoặc có liên kết H nội phân tử 
+) ảnh hưởng đến độ tan: Xét ảnh hưởng của liên kết H giữa phân tử và dung môi
- Nếu có liên kết H giữa phân tử hợp chất và dung môi thì độ tan lớn
- Những chất có khả năng tạo liên kết H nội phân tử dễ tan trong dung môi không phân cực, khó tan trong dung môi phân cực hơn so với những chất có liên kết H liên phân tử 
+) ảnh hưởng đến độ bền của đồng phân
CH3 – C – CH2 – C – CH3
 || ||
 O O
 CH
CH3 – C C – CH3
 || ||
 O-H . . . O
VD: Hiện tượng đồng phân tautome:
+) ảnh hưởng đến tính axit – bazơ
2. Lực hút Vanđevan
- Bản chất của lực hút Vanđevan là lực hút yếu giữa các phân tử : do các electron trong phân tử liên tục chuyển động còn hạt nhân của các nguyên tử cũng liên tục dao động do vậy nó sẽ gây ra lưỡng cực điện tức thời. Các lưỡng cực tức thời này lại hút nhau
* Đặc điểm:
- Lực này tăng theo phân tử khối ( do điện tích (+) của hạt nhân và điện tích (-) của electron nhiều hơn nên tương tác tĩnh điện mạnh hơn)
- đối với các chất mà có cùng công thức phân tử hoặc khối lượng hơn kém nhau không nhiều, khi độ phân nhánh tăng do đó lực Vanđevan sẽ giảm đ nhiệt độ sôi giảm (do phân tử chất hữu cơ tiến về dạng hình cầu nhiều ) đ sự tiếp xúc giữa các phân tử giảm đ tương tác tĩnh điện giảm
* Chú ý: Lực Vanđevan yếu hơn nhiều so với liên kết H do đó trong phân tử trước hết phải chú ý đến liên kết H, sau đó mới xét đến tương tác Vandevan
B. đặc trưng của liên kết 
I – Năng lượng liên kết 
Liên kết được đặc trưng bởi độ bền hay năng lượng liên kết 
Quá trình hình thành phân tử từ các nguyên tử luôn luôn gắn liền với sự giải phóng năng lượng, năng lượng này được gọi là năng lượng hình thành phân tử
Ngược lại, sự phá vỡ phân tử thành những nguyên tử riêng rẽ luôn gắn liền với sự thu nhận năng lượng, năng lượng này gọi là năng lượng nguyên tử hóa phân tử (kí hiệu: eA đối với 1 phân tử , EA đối với 1 mol phân tử )
Năng lượng cần thiết để phá vỡ liên kết A – B gọi là năng lượng phân li liên kết A – B. Về trị tuyệt đối, năng lượng này chính là năng lượng hình thành liên kết A – B
Năng lượng liên kết giữa 2 nguyên tử xác định tăng cùng bậc liên kết ( đơn < đôi < ba)
II- Độ dài liên kết 
	Khoảng cách giữa 2 hạt nhân của 2 nguyên tử liên kết trực tiếp với nhau gọi là độ dài liên kết (d)
	Giữa 2 nguyên tử xác định độ dài liên kết giảm khi bậc liên kết tăng
VD: 
Liên kết
C – C
C = C
C º C
E [kcal/mol]
83
143
194
D (A0)
1,54
1,34
1,2
III- Góc liên kết 
	Góc liên kết hay góc hóa trị là góc tạo bởi 2 nửa đường thẳng xuất phát từ hạt nhân của 1 nguyên tử và đi qua hạt nhân của 2 nguyên tử khác liên kết trực tiếp với nguyên tử trên 
	Góc liên kết phụ thuộc vào:
+Trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm 
+ Độ âm điện của nguyên tử trung tâm A và phối tử X: nguyên tử trung tâm A có độ âm điện lớn sẽ kéo mây của đôi electron liên kết về phía nó nhiều hơn, hai đám mây của hai liên kết mà lớn lại ỏ gần nhau gây ra lực tương tác đẩy làm cho độ lớn góc liên kết tăng lên. Nếu phối tử X có độ âm điện lớn sẽ gây tác dụng ngược lại
C - Một số vấn đề về hình học phân tử
I - Mô hình sự đẩy giữa các đôi electron vỏ hóa trị
Trong vỏ hóa trị của nguyên tử trong phân tử liên kết cộng hóa trị có đôi electron liên kết và đôi electron riêng
Qui ước: Trong phân tử có công thức AXnEm thì A là nguyên tử trung tâm, X là phối tử, n là chỉ số cho biết số phối tử, E là đôi e riêng, m là chỉ số cho biết số đôi e riêng
Mỗi mây electron chiếm một khoảng không gian nhất định. Hình dạng của phân tử phụ thuộc vào khoảng không gian chiếm bởi các mây electron vỏ hóa trị của A hay hình dạng phân tử phụ thuộc vào sự phân bố các đôi electron hay các mây electron ở vỏ hóa trị của nguyên tử trung tâm A
Nội dung mô hình sự đảy các đôi electron vỏ hóa trị: Các đôi (hay cặp electron trong vỏ hóa trị được phân bố cách nhau tới mức xa nhất có thể được (hay các đôi electron trong vỏ hóa trị đẩy nhau ra xa tới mức có thể được) để lực đẩy giữa chúng ở mức thấp nhất
Đôi electron riêng chỉ chịu lực hút của hạt nhân nguyên tử trung tâmA. Còn đôi e liên kết chịu tác dụng hút của cả hai hạt nhân nguyên tử tham gia liên kết là A và X. Do đó đôi electron riêng của mây electron chiếm khoảng không gian rộng hơn khoảng không gian chiếm bởi mây electron của đôi electron liên kết 
II - Hình dạng một số phân tử
1. Trường hợp AXn (n = 2 đ 6)
Nguyên tử trung tâm A có từ 2 đến 6 cặp electron liên kết tạo với phối tử X, A không có đôi electron riêng
+ Khi n = 2 : hai đôi e liên kết được phân bố trên đường thẳng đ phân tử có dạng đường thẳng, góc liên kết 1800 
VD: BeH2
+ Khi n = 3: ba đôi electron này được phân bố trên mặt phẳng hướng về 3 đỉnh của tam giác đều đ phân tử có hình tam giác đều, góc liên kết 1200
VD: BF3, AlCl3,....
+ Khi n= 4: 4 đôi electron hướng về 4 đỉnh của tứ diện đều, A ở tâm đ phân tử có hình tứ diện đều, góc liên kết bằng 109,50
VD: CH4; NH4+
+ Khi n = 5: 5 đôi electron được phân bố trên 5 đỉnh của lưỡng tháp tam giác
 đ Phân tử hình lưỡng tháp tam giác
Có 3 đôi electron nằm trên mặt phẳng tam giác đều, tâm của tam giác là hạt nhân của A. Ba đôi e này tạo 3 liên kết ngang, góc liên kết 1200
Còn lại 2 đôi e nằm trên đường thẳng vuông góc với tam giác tại tâm A tạo 2 liên kết trục. 
Độ dài liên kết ngang < liên kết trục vì đôi e trên liên kết trục chịu tương tác đẩy của 3 đôi e ngang, góc tương tác 900 đ lực đẩy lớn đ độ dài liên kết lớn, còn đôi e trên liên kết ngang chịu tương tác đẩy của 2 đôi e trục, 2 đôi e ngang còn lại nhưng tương tác đẩy của 2 đôi e ngang là yếu vì góc tương tác là lớn 1200 đ lực đẩy yếu hơn đ độ dài liên kết nhỏ hơn
VD: PCl5
+ Khi n = 6: cả 6 đôi e được phân bố trên bát diện đều. Các góc liên kết như nhau (900)nên độ dài liên kết như nhau vì lực đẩy tương hỗ của các đôi e là như nhau đ phân tử hình bát diện đều
VD: SF6
2) Trường hợp AXnEm: ngoài phối tử nguyên tử trung tâm A có đôi e riêng
	Cần lưu ý đến sự không tương đương giữa đôi e liên kết với đôi e riêng này
+ AX2E: Đôi e riêng có mây e chiếm khoảng không gian rộng hơn đôi electron liên kết nên 3 nguyên tử X – A – X không còn nằm trên cùng 1 đường thẳng như trong AX2, phân tử có góc: góc XAX < 1200
+ AX3E: Phân tử hình tháp tam giác, góc liên kết < góc của tứ diện đều (109,50)
VD: NH3; các amin
+ AX2E2: Có 2 đôi e riêng nên khác với AX4 và AX3E mà phân tử có góc, do tương tác đẩy của 2 đôi e riêng đ góc liên kết < 109,50
VD: H2O
+ AXE3: Phân tử thẳng 
VD: các HX
+ AX4E, AX3E2, AX2E3: xét từ trường hợp AX5
Mây e ngang tạo với mây e trục góc 900, giữa các mây e ngang tạo với nhau góc 1200 nên nếu có đôi e riêng thì đôi e riêng này sẽ phân bố trên mặt phẳng tam giác vì khi đó lực đẩy tương hỗ giữa đôi e riêng với các đôi e liên kết là nhỏ nhất
Vậy ta có thể có các dạng hình của các trường hợp trên như sau
AX4E: hình cái bập bênh, do sự đẩy của đôi e riêng mạnh nên góc của liên kết trục và liên kết ngang < 900, góc liên kết ngang với liên kết ngang < 1200
VD: SF4, 
AX3E2: 2 đôi electron riêng nằm trên mặt phẳng tam giác đ phân tử hình chữ T, góc liên kết của liên kết ngang và liên kết trục < 900
VD: ClF3, HClO2
AX2E3: 3 đôi e riêng đều phân bố trên 1 mặt phẳng, 2 đôi e liên kết nằm trên trục vuông góc với mặt phẳng đ phân tử có dạng đường thẳng 
VD: ClF2, HOCl
+ AX5E, AX4E2, .....: xuất phát từ hình dạng của phân tử AX6
AX5E: 4 đôi e liên kết phân bố trong mặt phẳng hình vuông, 1 đôi e trên trục, đôi e không liên kết nằm trên trục còn lại. Do đôi e không liên kết chiếm khoảng không gian lớn nên góc liên kết giữa liên kết trục với liên kết ngang < 900, độ dài liên kết trục < độ dài liên kết ngang ( liên kết trục bị đẩy yếu hơn so với liên kết ngang) 
VD: BrF5
AX4E2: để lực đẩy là nhỏ nhất thì 2 đôi e riêng phải phân bố sao cho góc đẩy là lớn nhất đ hai đôi e riêng nằm trên trục vuông góc với mặt phẳng chứa 4 đôi e liên kết còn lại đ phân tử vuông phẳng
 VD: XeF4
III- Thuyết lai hóa
Nội dung
Thuyết lai hóa cho rằng các obitan nguyên tử ( AO) khác nhau của 1 nguyên tử gần nhau về năng lượng và phù hợp nhau về đối xứng có thể tổ hợp tuyến tính với nhau tạo ra các obitan nguyên tử mới tương đương nhau. Các obitan nguyên tử mới này được gọi là các obitan nguyên tử lai hóa. Số AO lai hóa bằng tổng số AO tham gia tổ hợp
Một số dạng lai hóa
lai hóa sp
lai hóa sp2
lai hóa sp3
lai hóa sp3d: lưỡng tháp tam giác
lai hóa sp3d2: bất diện đều