Luận văn: Giảng dạy một số nội dung liên kết hóa học ở trường THPT

Chia sẻ: Nguyendinh Tuan Anh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:65

Thêm vào BST

Báo xấu

111
lượt xem 18
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ngày nay cùng với sựphát triển không ngừng của các ngành khoa học, hoá học nói riêng đã bước sang một trang mới, có rất nhiều các thành tựu toán học, vật lý, triết học đã được vận dụng vào trong hoá học giúp hiểu sâu sắc hơn vềbản chất của hoá học cũng như đưa ra các định luật mới vềhoá học. Do đó việc nhận thức một cách đúng đắn và đầy đủcác thành tựu khoa học hoá học là một điều rất quan trọng. ðối tượng của hoá học là chất, liên kết giữa các nguyên tử,...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn: Giảng dạy một số nội dung liên kết hóa học ở trường THPT

1 M CL C Trang ph bìa L i c m ơn Trang M c l c: ..................................................................................................................... 1 Danh m c các c m t vi t t t: .................................................................................... 4 PH N I: M ð U 1. Lí do ch n ñ tài:.................................................................................................... 5 2. M c tiêu nghiên c u: .............................................................................................. 5 3. Nhi m v nghiên c u: ............................................................................................ 6 4. Các phương pháp nghiên c u: ................................................................................ 6 5. ð i tư ng và ph m vi nghiên c u:.......................................................................... 6 PH N II: N I DUNG Chương 1: T NG QUAN V LIÊN K T HOÁ H C – C U TRÚC HÌNH H C PHÂN T 1.1. Các ñ c trưng cơ b n c a liên k t hoá h c: .......................................................... 7 1.1.1. Khái ni m liên k t:...................................................................................... 7 1.1.2. Năng lư ng liên k t:.................................................................................... 8 1.1.3. ð dài liên k t:............................................................................................ 9 1.1.4. Góc liên k t:................................................................................................ 9 1.2. Liên k t c ng hoá tr :......................................................................................... 10 1.3. Thuy t VB và s gi i thích các v n ñ v liên k t:............................................. 10 1.3.1. Cơ s lý thuy t:........................................................................................ 11 1.3.2. S t o thành phân t H2 t hai nguyên t H: ............................................. 11 1.3.3. Nôi dung cơ b n c a thuy t VB: ............................................................... 12 1.3.3.1. Nguyên lí xen ph c c ñ i:............................................................ 13 1.3.3.2. Tính bão hoà c a liên k t c ng hoá tr : .......................................... 13 1.3.3.3. Tính ñ nh hư ng c a liên k t c ng hoá tr : .................................... 14 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com
2 1.3.3.4. Thuy t lai hoá các orbitan nguyên t : ............................................ 15 1.4. Mô hình s ñ y c p electron v hoá tr (thuy t VSEPR): ................................... 19 1.4.1. Các lu n ñi m cơ s :................................................................................. 19 1.4.2. Mô hình VSEPR (qui t c kinh nghi m Gilexpi): ....................................... 20 1.4.2.1. Phân t có d ng AXn: .................................................................... 21 1.4.2.2. Phân t có d ng AXnEm:................................................................ 22 Chương 2: GI NG D Y N I DUNG LIÊN K T TRƯ NG THPT 2.1. M t s n i dung v liên k t hoá h c chương 3 SGK hoá h c 10 nâng cao: ..... 26 2.2. M t s n i dung v liên k t hoá h c trong các bài c a SGK hoá h c 10, 11:...... 28 2.2.1. Chương trình SGK hoá h c 10 nâng cao: ................................................ 28 2.2.2. Chương trình SGK hoá h c 11 nâng cao: ................................................ 28 2.3. M t s khái ni m: .............................................................................................. 28 2.3.1. Quy t c octet (quy t c bát t ): ................................................................. 28 2.3.2. Liên k t c ng hóa tr : .............................................................................. 28 2.3.3. Công th c c u t o Lewis (sơ ñ Lewis):.................................................. 29 2.3.3.1. N i dung và ph m vi áp d ng c a công th c: ............................ 30 2.3.3.2. Ưu, khuy t ñi m c a công th c phân t theo Lewis:.................. 30 2.3.3.3. Thành l p công th c c u t o Lewis c a các ch t:....................... 32 2.3.3.4. Các bư c vi t công th c c u t o Lewis:..................................... 33 2.4. Kh o sát hình h c phân t m t s h p ch t c ng hoá tr : ................................... 37 2.5. Lai hoá AO nguyên t : ...................................................................................... 40 2.5.1. Lai hoá sp3: .............................................................................................. 40 2.5.2. Lai hoá sp2: .............................................................................................. 42 2.5.3. Lai hoá sp: ............................................................................................... 43 2.6. M i liên h gi a công th c Lewis – VSEPR – Lai hoá AO:............................... 44 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com
3 Chương 3: M T S K T QU BAN ð U 3.1. K t qu kh o sát: ............................................................................................... 46 3.1.1. M c tiêu và nhi m v c a vi c kh o sát: ................................................ 46 3.1.2. K ho ch kh o sát: ................................................................................. 46 3.1.3. Th ng kê s li u:................................................................................... 46 3.1.4. ð th :.................................................................................................... 48 3.1.5. Nh n xét: ............................................................................................... 49 3.2. M t s giáo án gi ng d y n i dung “liên k t hóa h c”: ...................................... 50 PH N III: K T LU N 1. K t lu n chung: .................................................................................................... 64 2. Ý ki n ñ xu t: ..................................................................................................... 64 2.1. ð i v i sinh viên trư ng sư ph m:..................................................................... 64 2.2. ð i v i giáo viên trư ng THPT: ........................................................................ 64 TÀI LI U THAM KH O: ....................................................................................... 65 PH L C Ph l c 1: M u phi u ph ng v n giáo viên v th c tr ng d y và h c n i dung “liên k t hoá h c “ trư ng THPT. Ph l c 2: ð ki m tra 10 phút d ng bài t p tr c nghi m khách quan v “liên k t hoá h c” cho h c sinh l p 10 nâng cao. Ph l c 3: M u phi u h c t p bài 17 “Liên k t c ng hóa tr ” Ph l c 4: H th ng m t s bài t p tr c nghi m hoàn thi n ki n th c “liên k t hoá h c – c u t o phân t ” PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com
4 DANH M C CÁC C M T VI T T T 1. CHLT: Cơ h c lư ng t 2. GV: Giáo viên 3. HS: H c sinh 4. THPT: Trung h c ph thông 5. SGK: Sách giáo khoa PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com
5 PH N I: M ð U 1. Lí do ch n ñ tài Ngày nay cùng v i s phát tri n không ng ng c a các ngành khoa h c, hoá h c nói riêng ñã bư c sang m t trang m i, có r t nhi u các thành t u toán h c, v t lý, tri t h c… ñã ñư c v n d ng vào trong hoá h c giúp hi u sâu s c hơn v b n ch t c a hoá h c cũng như ñưa ra các ñ nh lu t m i v hoá h c. Do ñó vi c nh n th c m t cách ñúng ñ n và ñ y ñ các thành t u khoa h c hoá h c là m t ñi u r t quan tr ng. ð i tư ng c a hoá h c là ch t, liên k t gi a các nguyên t , phân t , do ñó v n ñ v b n ch t liên k t c a các ch t, c u t o phân t … ñã ñư c nghiên c u t r t lâu. Tuy nhiên, k t qu ñ t ñư c v n còn r t h n ch . Bư c ngo c l n nh t làm thay ñ i di n m o c a khoa h c nói chung và hoá h c nói riêng là khi v n d ng CHLT vào hoá h c, dư i ánh sáng c a khoa h c hi n ñ i ñã xu t hi n nên nh ng lí thuy t m i gi i thích m t cách tương ñ i th a ñáng các v n ñ hoá h c. T nh ng lu n ñi m trên ta th y r ng vi c gi ng d y n i dung liên k t hóa h c là vô cùng quan tr ng. Tuy nhiên, th c tr ng hi n nay GV ph thông cũng như sinh viên sư ph m nói riêng v n còn mơ h v các lí thuy t liên k t, v ý nghĩa th c ti n và vai trò c a nó trong vi c gi ng d y, do ñó m t b ph n không nh GV ñ ng l p d y các bài liên quan ñ n v n ñ liên k t hoá h c v n gi i thích cho HS m t cách chung chung, không hi u rõ ngu n g c, b n ch t c a v n ñ t ñó làm cho HS c m th y bài h c r i r c không liên t c th ng nh t, không bi t h c ph n này ng d ng ñ làm gì… Xu t phát t nh ng lí do trên, tôi ñã quy t ñ nh ch n ñ tài “Gi ng d y m t s n i dung liên k t hóa h c trư ng THPT” làm ñ tài khóa lu n t t nghi p. 2. M c tiêu nghiên c u H th ng m t s cơ s lí thuy t v liên k t hoá h c, c u t o phân t c a các h p ch t trong chương trình hoá h c 10, 11 ( SGK nâng cao). Rèn luy n cho h c sinh kĩ năng gi i thích ñúng b n ch t liên k t hoá h c, hình h c phân t m t s ch t. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com
6 Cung c p tư li u cho giáo viên dùng ñ tham kh o, h tr vi c gi ng d y các bài, các m c có liên quan ñ n vi c gi i thích s hình thành liên k t và d ng hình h c phân t c a m t s ch t. Kh o sát th c t HS v kh năng v n d ng ki n th c gi i thích liên k t hoá h c, hình h c phân t . Tham kh o ý ki n c a GV v vi c gi ng d y n i dung này trư ng THPT hi n nay. 3. Nhi m v nghiên c u - Nghiên c u, h th ng cơ s các lí thuy t v liên k t hóa h c - Nghiên c u chương trình SGK hoá h c 10,11, tài li u giáo khoa chuyên hoá h c. - Kh o sát th c t GV và HS trư ng THPT TP Cao Lãnh v th c tr ng d y và h c n i dung “liên k t hoá h c c a các h p ch t c ng hoá tr ”. - V n d ng h th ng các lí thuy t liên k t vào vi c gi ng d y các bài, m c trong chương trình hoá h c trư ng THPT. - Ti n hành kh o sát sư ph m, ñánh giá m t s k t qu ban ñ u. 4. Các phương pháp nghiên c u Phương pháp nghiên c u các tài li u lí lu n như: Nghiên c u SGK hoá h c 10, 11 và các tài li u tham kh o. Phương pháp nghiên c u th c ti n: Tham kh o ý ki n GV và kh o sát HS các l p kh i 10. M t s phương pháp khác: Test, th ng kê toán h c, nh n xét ñánh giá. 5. ð i tư ng và ph m vi nghiên c u H th ng cơ s lí thuy t và m t s d ng bài t p v n i dung liên k t hoá h c và hình h c phân t các h p ch t c ng hoá tr . Tr ng tâm c a ñ tài là gi i thích s hình thành liên k t và d ng hình h c phân t c a các h p ch t c ng hoá tr . Ti n hành tham kh o ý ki n giáo viên và kh o sát h c sinh trư ng THPT TP Cao Lãnh, chưa th c hi n ñư c trên di n r ng hơn. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com
7 PH N II: N I DUNG Chương 1: T NG QUAN V LIÊN K T HOÁ H C – C U TRÚC HÌNH H C PHÂN T 1.1. Các ñ c trưng cơ b n c a liên k t hoá h c 1.1.1. Khái ni m liên k t Khái ni m liên k t hoá h c ñã ñư c hình thành t lí thuy t c u t o kinh ñi n. ð i v i phân t , khái ni m này luôn luôn g n li n v i s tương tác ch gi a 2 nguyên t xác ñ nh trong phân t . Theo lí thuy t hi n ñ i thì s hình thành phân t xu t hi n do tác d ng tương h c a t t c các h t nhân và các electron c a các nguyên t tham gia t o thành phân t , tác d ng tương h này d n ñ n s hình thành m t c u trúc m i v ng b n v i m t năng lư ng c c ti u. Vì phân t là m t h th ng nh t nên v nguyên t c ngư i ta không th cô l p hoàn toàn m t tương tác nào ñó trong phân t ra kh i các tương tác khác. Tuy nhiên, vì phân t là m t h ph c t p nên trong vi c mô t ñ nh tính v phân t , ñ i v i nh ng trư ng h p ñư c phép (ch y u là các liên k t xích ma ( σ ) và các liên k t ( π ) cô l p) ngư i ta cũng nói ñ n mô hình liên k t ñ nh cư hai tâm ng v i quan ni m kinh ñi n v liên k t (ñ i v i nh ng trư ng h p ñ c bi t ñã nói trên, lí thuy t kinh ñi n g p khó khăn không gi i quy t n i thì ngư i ta s d ng mô hình liên k t không ñ nh cư nhi u tâm g n v i nguyên t c c a CHLT) ð i v i m t s tính ch t c a phân t ngư i ta có th coi tính ch t c a phân t b ng t ng tính ch t c a các nguyên t (hay) c a các liên k t có trong phân t . Ngư i ta g i ñó là nguyên lí c ng tính. Nguyên lí c ng tính như v y ñã ch p nh n tính ñ c l p c a các liên k t riêng r trong phân t . Nguyên lí c ng tính do ñó ch có tính g n ñúng và tính h n ch c a nguyên lí này th hi n r t rõ khi ñư c áp d ng ñ xác ñ nh các tính ch t c a h có liên k t không ñ nh cư (c th hoá trong bài toán tính năng lư ng liên k t c a phân t benzene, ñ c p trong m c ti p theo). PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com
8 1.1.2. Năng lư ng liên k t (E) Liên k t ñư c ñ c trưng b i ñ b n hay năng lư ng liên k t. Quá trình hình thành phân t t các nguyên t luôn luôn g n li n v i s gi i phóng năng lư ng (thư ng tính v i d u tr ). Năng lư ng này ñư c g i là năng lư ng hình thành phân t . Ngư c l i, s phá v phân t thành nh ng nguyên t riêng r luôn luôn g n li n v i s thu nh n năng lư ng (thư ng tính v i d u +). Năng lư ng này ñư c g i là năng lư ng nguyên t hoá phân t Ví d : Hình thành phân t C + 4H CH4 Nguyên t hoá phân t V tr s tuy t ñ i, năng lư ng nguyên t hoá b ng năng lư ng hình thành phân t . Năng lư ng c n thi t ñ phá v liên k t A – B ñư c g i là năng lư ng phân li liên k t A – B. V tr s tuy t ñ i, năng lư ng này chính là năng lư ng hình thành liên k t A – B. T s t ng h p các d li u th c nghi m ngư i ta xác ñ nh m t giá tr trung bình v năng lư ng phân li liên k t cho m i lo i liên k t A – B xác ñ nh và thư ng g i là năng lư ng liên k t A - B (ñ i v i các phân t nhi u nguyên t ) B ng 1.1. Năng lư ng liên k t (kJ/mol) Liên k t A – B Năng lư ng liên k t Liên k t A – B Năng lư ng liên k t C–H 418,4 C–F 439,3 C–C 343,4 C – Cl 328,5 C=C 597,7 C – Br 276,1 C≡C 811,7 N–H 389,1 C–O 351,1 N–N 159,0 C=O 761,5 N≡N 418,4 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com
9 T b ng trên ta th y năng lư ng liên k t gi a hai nguyên t xác ñ nh tăng cùng b c liên k t (ñơn, ñôi, ba) Thí d : Khi ta tính năng lư ng nguyên t hoá c a benzen d a vào công th c kinh ñi n: E A = 3EC −C + 3EC =C + 6 EC − H = 3.343,4 + 3.597,7 + 6.418,4 = 5333,7kJ / mol Ta th y giá tr trên sai l ch nhi u so v i giá tr th c t (EA = 5497 kJ/mol) ∆E = E A − E A = 5497 − 5333,7 = 163,3kJ / mol ' ði u ñó ch ng t công th c kinh ñi n không ph n ánh ñúng c u t o th c c a benzen và vi c áp d ng nguyên lí c ng tính d a trên mô hình v liên k t ñ nh cư kinh ñi n cho m t k t qu sai l ch quá l n. 1.1.3. ð dài liên k t: Kho ng cách gi a hai tâm (hai h t nhân) c a hai nguyên t tham gia liên k t tr c ti p v i nhau (theo công th c c u t o kinh ñi n) ñư c g i là ñ dài liên k t (d). Thí d : Trong phân t H2O thì dO-H = 0,94A0. Gi a hai nguyên t xác ñ nh, ñ dài liên k t gi m khi b c liên k t cũng như năng lư ng liên k t tăng. Liên k t C–C C=C C≡C E (kJ/mol) 343,4 597,7 811,7 d (A0) 1,54 1,34 1,2 1.1.4. Góc liên k t: Góc liên k t hay góc hoá tr là góc t o b i hai n a ñư ng th ng xu t phát t h t nhân c a m t nguyên t và ñi qua hai h t nhân c a hai nguyên t khác liên k t tr c ti p v i nguyên t trên. Có 2 lo i góc liên k t: - Góc ph ng hay góc gi a 3 nguyên t (2 tr c c a liên k t c t nhau t i m t h t nhân nguyên t ) ñây là trư ng h p thư ng g p nh t. - Góc nh di n hay góc xo n gi a 4 nguyên t (ta không ñ c p trong ñ tài này) Thí d : Trong phân t H2O, Oxi t o hai liên k t v i hai nguyên t H, góc liên k t (góc hoá tr ) HOH = 104’50 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com
10 1.2. Liên k t c ng hoá tr : - ði u ki n t o thành: + Liên k t c ng hoá tr phân c c: N u ∆χ < 2 thì c p electron liên k t l ch v phía nguyên t c a nguyên t có χ l n hơn, như: HCl, SO2… + Liên k t c ng hoá tr không phân c c: Khi ∆χ = 0 thì c p electron liên k t không b l ch v phía nguyên t c a nguyên t nào, như: H2, Cl2... Lưu ý m t ñi u là do các electron luôn tr ng thái dao ñ ng, nên ñôi khi ñôi electron dùng chung này cũng b l ch sang m t nguyên t . ch ng h n, trong phân t H2, s l ch ñôi electron này chi m kho ng 30%, t c là liên k t phân c c cũng ñã xu t hi n. - ð c ñi m liên k t: + L c liên k t c ng hóa tr có tính ñ nh hư ng (ñi m khác bi t so v i l c liên k t ion). Vì hai nguyên t tham gia liên k t ñ u có tác d ng l c hút lên ñôi electron dùng chung nên l c này có phương trùng v i phương c a ñư ng n i tâm hai h t nhân nguyên t . + Chính vì lí do trên mà các phân t ñư c t o thành nh liên k t c ng hóa tr có th t n t i ñ c l p (riêng l ) ñư c. Th c nghi m có th xác ñ nh ñư c v trí ñôi electron dùng chung gi a hai nguyên t . 1.3. Thuy t VB và s gi i thích các v n ñ v liên k t: Như chúng ta ñã bi t có nhi u ki u liên k t hoá h c khác nhau: C ng hoá tr , ion, kim lo i,…Nhưng quan tr ng nh t là ki u liên k t c ng hoá tr . Vì v y chúng ta ti p t c xét ki u liên k t này theo quan ñi m CHLT ñ hi u cơ ch t o thành và các ñ c ñi m c a nó. Vì vi c gi i chính xác phương trình sóng Schrodinger ñ i v i các h phân t không th c hi n ñư c nên ñ kh o sát liên k t c ng hoá tr ngư i ta ñã ñưa ra nhi u phương pháp gi i g n ñúng, trong ñó có 2 phương pháp ñư c ph bi n r ng rãi là: Phương pháp liên k t hoá tr c a Heitler, London và phương pháp orbitan phân t c a PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com
11 Muliken, Hund. Trong ph n này chúng ta ch ti n hành xem xét liên k t c ng hoá tr theo phương pháp c a Heitler, London. 1.3.1. Cơ s lý thuy t M t cách g n ñúng coi c u t o electron c a nguyên t v n ñư c b o toàn khi hình thành phân t t nguyên t , nghĩa là trong phân t v n có s chuy n ñ ng c a các e trong AO, tuy nhiên khi 2 OA hóa tr c a nguyên t xen ph nhau t o liên k t hóa h c thì vùng xen ph là vùng chung c a hai nguyên t . M i liên k t hoá h c gi a hai nguyên t ñư c b o ñ m b i 2 e spin ñ i song mà trong trư ng h p chung, trư c khi tham gia liên k t m i nguyên t ñó có m t e ñ c thân trong m t AO hóa tr c a nguyên t , m i liên k t hóa h c ñư c t o thành ñó là m t liên k t hai tâm ( 2 nguyên t ). Tuy nhiên cũng có m t s trư ng h p liên k t c ng hóa tr ñư c ñ m b o b i c p electron c a m t nguyên t (liên k t cho nh n) thí d như trư ng h p ion NH4+… và nhi u phân t , ion khác n a. Liên k t ñó không th hình thành t m t e (thi u e) ho c t 3e tr lên (tính bão hòa c a liên k t c ng hóa tr ). Theo thuy t VB không th có h H2+ (1e) ho c ( 3e). S xen ph gi a 2 AO có 2e c a hai nguyên t càng m nh thì liên k t t o ra càng b n (nguyên lý xen ph c c ñ i) Liên k t hóa h c ñư c phân b theo phương có kh năng l n v xen ph các AO ( thuy t hóa tr ñính hư ng ) 1.3.2. S t o thành phân t H2 t hai nguyên t H: Năm 1927 hai nhà bác h c Heitler và London ñã áp d ng CHLT ñ gi i bài toán tính năng lư ng liên k t trong phân t H2, k t qu cho th y: - Liên k t gi a hai nguyên t H ñư c hình thành khi 2 electron c a 2 nguyên t H có spin ngư c d u (c p electron ghép ñôi có spin ñ i song) - Khi hình thành liên k t, m t ñ mây electron khu v c không gian gi a hai h t nhân tăng lên. Do ñó ñi n tích âm c a mây electron s có tác d ng hút hai h t nhân và liên k t chúng l i v i nhau. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com
12 S hình thành phân t H2 t 2 nguyên t H 2 obitan 1s - N u hai electron có spin cùng d u thì m t ñ mây electron khu v c gi a hai h t nhân gi m xu ng, m t ñ electron khu v c ngoài hai h t nhân tăng lên và các mây này có tác d ng ñ y nhau làm hai h t nhân tách xa nhau. Như v y, phân t H2 ñư c hình thành là do s ghép ñôi c a 2 electron có spin ngư c chi u nhau. Sau ñó ngư i ta ñã khái quát hoá các k t qu trên và m r ng thành phương pháp c p electron liên k t áp d ng cho m i phân t . 1.3.3. Nôi dung cơ b n c a thuy t VB: - M i liên k t c ng hoá tr ñư c hình thành là do s ghép ñôi c a 2 electron ñ c thân có spin ngư c d u c a 2 nguyên t tham gia liên k t. Khi ñó x y ra s xen ph gi a 2 mây electron liên k t (xen ph l n nhau gi a các orbitan nguyên t hoá tr ) - V phương di n toán h c s xen ph gi a các orbitan nguyên t chính là s t h p tuy n tính c a các hàm sóng nguyên t . M c ñ và k t qu che ph ph thu c vào d u c a các hàm sóng nguyên t tham gia t h p và ñư c ñ c trưng b ng tích phân che ph . + N u trong vùng che ph các hàm sóng có d u gi ng nhau thì s che ph ñư c g i là che ph dương vì nó d n ñ n s t o thành liên k t. Hay Xen ph dương + Ngoài ra n u hai hàm sóng có d u ñ i nhau khi che ph s b tri t tiêu và liên k t s không hình thành. Hay Liên k t tri t tiêu PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com
13 - Khi hai mây electron xen ph nhau càng m nh thì liên k t càng b n (ñ xen ph càng m nh khi các mây electron tham gia xen ph có năng lư ng càng x p x nhau). 1.3.3.1. Nguyên lí xen ph c c ñ i: Liên k t gi a hai nguyên t càng b n n u m c ñ xem ph c a các orbitan càng l n. Vì v y s xen ph các orbitan tuân theo m t nguyên lí ñư c g i là nguyên lí xen ph c c ñ i. Theo nguyên lí xen ph c c ñ i thì: Liên k t s ñư c phân b theo phương hư ng nào mà m c ñ xen ph các orbitan có giá tr l n nh t. Như v y, theo nguyên lí xen ph c c ñ i thì: - ð i v i liên k t H – Cl, tâm c a nguyên t H ph i n m trên tr c c a orbitan p - ð i v i liên k t Cl – Cl, tr c c a hai orbitan pz ph i trùng nhau. S hình thành các liên k t theo nguyên lí xen ph c c ñ i ñư c mô t như sau: pz z AO s AO p AO p AO p x 1.3.3.2. Tính bão hoà c a liên k t c ng hoá tr : Liên k t c ng hoá tr trên cơ s c p electron ghép ñôi có th ñư c hình thành theo 2 cơ ch : Góp chung và cho – nh n - Theo cơ ch góp chung: Liên k t c ng hoá tr ñư c hình thành do s góp chung 2 electron hoá tr ñ c thân có spin ngư c nhau c a 2 nguyên t tương tác, trong ñó m i nguyên t ñưa ra m t e. T ñây chúng ta th y kh năng t o liên k t c ng hoá tr c a m i nguyên t ñư c quy t ñ nh b i s orbitan nguyên t hoá tr 1 (hay ñơn gi n là b i s electron ñ c thân). Tuy nhiên s orbitan hoá tr 1 electron c a các nguyên t trong nhi u trư ng h p có th tăng lên do s kích thích nguyên t , như trư ng h p c a Be, C… PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com
14 - Theo cơ ch cho – nh n: S hình thành c p electron ghép ñôi c a liên k t c ng hoá tr ch do m t trong hai nguyên t tương tác ñưa ra, còn nguyên t kia nh n l y. C p electron này là c p electron hoá tr ghép ñôi s n có c a nguyên t ñưa ra và ñư c g i là c p electron hoá tr t do. → T nh ng ñi u trên ta rút ra: Trong trư ng h p t ng quát kh năng t o thành s liên k t c ng hoá tr c c ñ i c a m t nguyên t ñư c xác ñ nh b i s orbitan nguyên t hoá tr c a nguyên t . Chính kh năng t o thành s liên k t c ng hoá tr h n ch như v y c a các nguyên t ñư c g i là tính bão hoà c a liên k t c ng hoá tr . Chính tính ch t này làm cho các phân t có thành ph n và có c u trúc nh t ñ nh. 1.3.3.3. Tính ñ nh hư ng c a liên k t c ng hoá tr : - trên ta v a xét s xen ph các orbitan liên k t trong phân t hai nguyên t (như H2). Như chúng ta ñ u bi t, ñ i v i các phân t nhi u nguyên t các góc liên k t trong phân t có nh ng giá tr xác ñ nh và chúng ph thu c vào nhi u y u t . ð c tính này g i là “tính ñ nh hư ng hóa tr ”. Tính ñ nh hư ng hóa tr ñư c gi i thích trên cơ s nguyên lý xen ph c c ñ i. - Mu n có liên k t c ng hóa tr t o thành b n v ng thì m c ñ che ph c a các orbitan nguyên t tương tác ph i c c ñ i. S che ph c c ñ i này ch x y ra theo nh ng hư ng nh t ñ nh ñ i v i các nguyên t tương tác (ñây chính là lí do vì sao trên ta nói “tính ñ nh hư ng hóa tr ” ñư c gi i thích trên cơ s nguyên lý xen ph c c ñ i). T ñó các liên k t c ng hóa tr s ñư c t o thành theo nh ng hư ng nh t ñ nh trong không gian, vì v y phân t ph i có c u hình không gian xác ñ nh, ñó chính là tính ñ nh hư ng. ð hi u rõ hơn v n ñ này, ta xét trư ng h p phân t H2S: PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com
15 C u hình electron l p v hóa tr c a nguyên t S có d ng H S + 2H S H 3s 3p Các obitan S Các obitan H Hình d ng xen ph các obitan ñư c mô t như sau: S H H - Tuy nhiên trong th c t , n u ch d a vào vi c phân tích s xen ph gi a các orbitan nguyên t tương tác như v y ñ xác ñ nh c u hình không gian c a phân t (góc hóa tr , tính ñ i x ng…) nhi u khi s ñi ñ n k t lu n không ñúng. Ch ng h n như ñ i v i các phân t H2O, NH3… theo cách lý lu n trên thì góc hóa tr HOH và HNH ph i b ng 900. Trong th c th , các tính toán d a trên CHLT cho k t qu khác xa v i lí thuy t. (HOH = 104,50, HNH = 107,30) 1.3.3.4. Thuy t lai hoá các orbitan nguyên t : * ði u ki n ra ñ i c a thuy t lai hoá: m c trên chúng ta ñã th y s mâu thu n gi a lí thuy t và th c nghi m c a phương pháp liên k t c ng hoá tr (VB) (phương pháp c p electron liên k t). Thuy t lai hoá ra ñ i nh m gi i quy t ñư c hai khó khăn: Cho phép gi i thích ñư c hình h c phân t và ñ b n c a liên k t. Thuy t lai hoá n m trong khuôn kh c a phương pháp liên k t hoá tr (VB). Theo thuy t này các nguyên t khi tương tác v i nhau có th không dùng nh ng PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com
16 orbitan hoá tr thu n tuý s, p, d…mà dùng nh ng orbitan nguyên t “tr n l n” m i ñư c t o thành trong n i b nguyên t c a mình ñ che ph v i các orbitan c a các nguyên t khác. * N i dung c a thuy t lai hoá: Lai hoá AO là s t h p tuy n tính các AO hoá tr c a m t nguyên t ñ t o thành m t s tương ñương các AO m i có cùng m c năng lư ng (các AO suy bi n) ñ nh hư ng xác ñ nh trong không gian. Các AO lai hoá mô t m t tr ng thái ñ c bi t c a nguyên t khi hình thành liên k t ñó là: Các liên k t t o b i các AO lai hoá s b n v ng hơn là t o b i các AO không tham gia lai hoá. Các AO tham gia t h p có th có 1e, 2e, ho c là m t ô lư ng t tr ng. Chú ý khi s d ng thuy t lai hoá: Lí thuy t lai hoá ch là m t khái ni m gi ñ nh ñư c dùng ñ gi i thích các k t qu th c nghi m có th c, do ñó thuy t lai hoá hoàn toàn không có kh năng tiên ñoán hình h c phân t c a m t ch t b t kì. * Các ki u lai hoá thư ng g p: 1. Lai hoá sp: Lai hoá th ng Lai hoá sp là lai hoá ñư c th c hi n do s t h p tuy n tính gi a 1 orbitan s v i 1 orbitan p (c a cùng m t nguyên t ) cho 2 orbitan lai hoá sp phân b ñ i x ng v i hai tr c n m trên cùng m t ñư ng th ng. z z z z y y y y x x x x orbitan s orbitan p 2 orbitan lai hoa sp Thí d : D ng lai hoá này thư ng g p trong nguyên t Be c a phân t BeF2, BeH2, BeCl2…nên các phân t này có d ng th ng. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com
17 2. Lai hoá sp2: Lai hoá tam giác Lai hoá sp2 là s t h p tuy n tính gi a 1 orbitan s và 2 orbitan p t o thành 3 orbitan lai hoá, còn ñư c g i là lai hoá tam giác vì 3 orbitan lai hoá này n m trên m t m t ph ng, tr c c a chúng t o v i nhau m t góc b ng 1200 và hư ng v ba ñ nh c a m t tam giác ñ u, góc t o thành gi a các AO lai hoá là 1200. z z y x orbitan p y z x orbitan s y 3 orbitan lai hoa x orbitan p Thí d : D ng lai hoá này thư ng g p trong nguyên t B c a phân t BF3, BCl3… 3. Lai hoá sp3: Lai hoá t di n Lai hoá sp3 là s t h p tuy n tính gi a 1 orbitan s và 3 orbitan p t o thành 4 orbitan lai hoá, 4 orbitan lai hoá này hư ng v 4 ñ nh c a m t hình t di n ñ u, góc t o thành gi a các AO lai hoá là 109029’ z z y z x orbitan p y z y x x orbitan s orbitan p y x 4 orbitan lai hoa orbitan p Thí d : D ng lai hoá này g p trong nguyên t O c a H2O, N trong NH3 và ion NH4+… PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com
18 4. Các ki u lai hóa khác: Ta ch ti n hành xem xét khái ni m lai hóa v i các nguyên t c a các nguyên t chu kì 2, tuy nhiên ñ i v i các nguyên t chu kì khác (l n hơn 2), ñ c bi t là các nguyên t chuy n ti p, xu t hi n các orbitan hóa tr d nên các orbitan này cũng có kh năng tham gia lai hóa. Do ñó, ta s có m t s d ng lai hóa ph c t p hơn: sp2d, sp3d2, sp3d... * ð c ñi m c a AO lai hoá và ñi u ki n lai hoá b n: - ð c ñi m c a các AO lai hoá: + S lư ng các AO lai hóa thu ñư c ph i ñúng b ng s AO ñã tham gia lai hóa lúc ñ u + Các AO lai hóa s gi ng nhau v hình d ng, và có cùng m c năng lư ng (s suy bi n năng lư ng) + M i m t AO lai hóa g m 2 ph n: ph n m r ng và ph n thu h p. hai ph n này cách nhau m t nút t i h t nhân nguyên t (ph n m r ng có d u +, ph n thu h p có d u -) + M i AO lai hóa ñư c phân b trên m t tr c xác ñ nh ñi qua h t nhân nguyên t (có th trùng ho c không trùng v i tr c t a ñ ðecac). Do ñó ngư i ta nói AO lai hóa có ñ i x ng tr c. - ði u ki n các AO tham gia lai hóa: + Các orbitan tham gia lai hóa ph i có năng lư ng th p và x p x nhau. Do ñó không th nào x y ra hi n tư ng lai hóa AO c a 2 l p khác nhau, b i vì năng lư ng c a chúng quá xa nhau hay các AO l p th 2 (2s, 2p) lai hoá có hi u qu hơn còn các AO l p th 3 (3s, 3p) hi u qu lai hoá kém hơn, l p th 4 (4s, 4p) lai hoá không ñáng k . + Khi nói ñ n ph n này, ta ph i làm quen v i khái ni m “tr ng thái kích thích” ñây cũng là m t tr ng thái gi ñ nh, khi xét các quá trình lai hóa ta s g p ph i. Tr ng thái kích thích là tr ng thái mà electron các phân l p g n nhau, có m c năng lư ng PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com
19 x p x nhau có th chuy n lên các phân l p trên (chú ý các AO này cũng ph i thu c cùng m t l p). Và năng lư ng tiêu t n cho quá trình kích thích ñó s ñư c bù ñ p g n như hoàn toàn khi liên k t ñư c hình thành. + Các orbitan lai hóa ph i phù h p v i nhau v v trí không gian hay nói ñúng hơn là phù h p nhau v tính ñ i x ng. 1.4. Mô hình s ñ y c p electron v hoá tr (thuy t VSEPR) 1.4.1. Các lu n ñi m cơ s : - ð gi i thích và tiên ñoán hình d ng, ñ dài liên k t, góc liên k t c a các phân t b t kì là m t trong nh ng v n ñ quan tâm c a hóa h c. Cũng có nhi u thuy t gi i quy t v n ñ trên nhưng thông d ng nh t là “mô hình s ñ y gi a các c p electron v hóa tr ” (thuy t VSEPR) - Ph m vi ng d ng c a thuy t: Ta không xét v n ñ hình d ng t ng phân t ñư c t o ra t liên k t ion (lo i liên k t này s ñư c xét chương v m ng tinh th ). Do ñó, t ñây ch chú ý ñ n hình h c phân t c a các h p ch t c ng hóa tr . Nh n xét công th c Lewis c a m t s ch t ñã trình bày trên ta th y r ng: + v hóa tr c a các nguyên t (trong h p ch t c ng hóa tr ) có ñôi electron liên k t và ñôi electron không liên k t. Khi ñó ngư i ta dùng hình nh mây electron ñ mô t chuy n ñ ng c a các ñôi electron này (hay nói cách khác m i c p electron s có m t ñôi mây tương ng) + Như v y ta s ñưa 2 d ng công th c phân t : AXn và AXnEm. M i mây electron này có m t tr c xu t phát t tâm h t nhân và kéo dài ñ n m t ngoài kh i c u. + Các kh o sát CHLT cho th y có s không tương ñương gi a mây ñôi electron riêng và mây ñôi electron liên k t. Mây ñôi electron riêng ch ch u l c hút duy nh t c a h t nhân, còn mây ñôi electron liên k t ch u ñ ng th i l c hút c a hai h t nhân (c a 2 nguyên t ). Do ñó mây ñôi electron riêng chi m vùng không gian r ng hơn mây ñôi electron liên k t. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com
20 4 ñôi electron liên k t tương ñương nhau 1 ñôi electron không liên k t (ñôi electron riêng) chi m không gian r ng hơn 3 ñôi electron liên k t (hi u ng không gian) Như v y, m t m c ñ nh t ñ nh, hình d ng c a phân t s ph thu c vào kho ng không gian chi m b i mây electron v hóa tr c a nguyên t trung tâm A. ði u ñó ñ ng nghĩa v i s kh ng ñ nh: “hình d ng phân t ph thu c ch y u vào s phân b các c p electron hay các mây electron v hóa tr c a nguyên t . 1.4.2. Mô hình VSEPR (qui t c kinh nghi m Gilexpi) - N i dung: Trong m t phân t , các c p electron v hóa tr (các mây electron v hóa tr ) phân b xa nhau nhi u nh t có th ñư c ñ l c ñ y gi a chúng là nh nh t, phân t khi ñó s b n nh t. - Áp d ng c th như sau: Trong ph n dư i ñây ta s gi i thích (hay tiên ñoán) d ng hình h c phân t c a các công th c b t kì. Trong ñó ta s ti n hành xét hai lo i phân t như ñã nói trên: D ng 1: AXn A: là nguyên t trung tâm X: là ph i t n: là s lư ng ph i t D ng 2: AXnEm A: là nguyên t trung tâm X: là ph i t n: là s lư ng ph i t E: nguyên t trung tâm A có m ñôi electron riêng, m i ñôi electron ñư c kí hi u là E PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com