Giáo trình cơ sở lý thuyết hoá học - Chương 4

Liên kết hoá học là một nhiệm vụ rất quan trọng của hoá học vì rằng, nếu không biết được bản chất của sự tương tác giữa các nguyên tử lẫn nhau trong phân tử thì không thể hiểu được nguyên nhân tạo thành vô số hợp chất khác nhau, thành phần, cấu tạo, khả năng phản ứng... của chúng. Bản chất của sự tạo thành liên kết giữa các nguyên tử chính là lực hút tĩnh điện giữa hạt nhân nguyên tử và electron. a...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình cơ sở lý thuyết hoá học - Chương 4 Chương 4 LIÊN KẾT HOÁ HỌC 4.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA LIÊN KẾT HOÁ HỌC Liên kết hoá học là một nhiệm vụ rất quan trọng của hoá học vì rằng, nếu không biết được bản chất của sự tương tác giữa các nguyên tử lẫn nhau trong phân tử thì không thể hiểu được nguyên nhân tạo thành vô số hợp chất khác nhau, thành phần, cấu tạo, khả năng phản ứng... của chúng. Bản chất của sự tạo thành liên kết giữa các nguyên tử chính là lực hút tĩnh điện giữa hạt nhân nguyên tử và electron. Lực hút tĩnh điện này phụ thuộc vào mật độ electron. Phụ thuộc vào sự phân bố mật độ electron trong hợp chất người ta phân thành 3 loại liên kết trong hoá học: liên kết ion, liên kết cộng hoá trị và liên kết kim loại. Sự phân bố mật độ điện tử có thể xác định được qua giá trị độ âm điện của các nguyên tố: - Nếu độ âm điện của 2 nguyên tử tham gia tạo liên kết khác nhau lớn (Dc ≥ 2) thì liên kết đó là liên kết ion. - Nếu độ âm điện của 2 nguyên tử tham gia tạo liên kết 0≤Dc Năng lượng liên kết của phân tử có hai nguyên tử chính bằng năng lượng phân ly của phân tử đó thành nguyên tử. Năng lượng liên kết của liên kết A-B trong phân tử ABn là giá trị trung bình EA-B: Ε (4 -1) AB Ε = n AB n 4.1.2. Giản đồ thế năng của phân tử: Liên kết hoá học chỉ có thể tạo thành trong trường hợp nếu số lượng các nguyên tử tham gia liên kết với nhau (≥ 2). Sự tạo thành liên kết làm cho năng lượng của hệ (động năng và thế năng) giảm xuống – hệ bền hơn. Xem xét sự thay đổi thế năng của hệ và khoảng cách giữa các nguyên tử tham gia liên kết có thể dự đoán được cấu tạo của phân tử. Sự thay đổi thế năng của hệ gồm hai nguyên tử hyđro được trình bày trên hình 4.1. E (kJ/mol) 800 400 -400 o 0,74 1 2 r (A ) Hình 4.1. Sự phụ thuộc thế năng E vào khoảng cách r giữa 2 nguyên tử hyđro Sự tạo thành phân tử hyđro có thể giải thích dựa trên cơ sở giản đồ biến đổi thế năng hình 4.1. Khi 2 nguyên tử hyđro tiến lại gần nhau thì giữa chúng sẽ xuất hiện 2 loại lực: 1. Lực hút giữa hạt nhân nguyên tử này với điện tử của nguyên tử kia 2. Lực đẩy giữa hai hạt nhân và giữa hai điện tử của 2 nguyên tử với nhau 32 Ở giai đoạn đầu lực hút chiếm ưu thế, giai đoạn cuối lực đẩy lại chiếm ưu thế và kết quả tại một khoảng cách nhất định thế năng sẽ có giá trị cực tiểu (phân tử ở trạng thái bền nhất). Khoảng cách này chính là độ dài liên kết (đối với hyđro là 0,74 AO) của phân tử. Tuy nhiên quá trình thay đổi này chỉ xảy ra giữa hai electron có spin đối nhau. Đối với trường hợp hai electron có spin song song với nhau thì khi nguyên tử xích lại gần nhau giữa chúng chỉ xuất hiện lực đẩy – phân tử sẽ không được tạo thành. Sự tạo thành phân tử hyđro được giải thích bằng sự xen phủ mây electron của các nguyên tử với nhau. Tại vị trí xen phủ, mật độ electron là lớn nhất, lực hút giữa các hạt nhân với điện tử tăng lên (hình 4.2). α β Hình 4.2. Sự phân bố điện tử trong phân tử H2 4.2. LIÊN KẾT ION 4.2.1. Sự hình thành liên kết ion Liên kết ion là loại liên kết đặc trưng giữa các nguyên tố có độ âm điện khác nhau lớn (∆ ≥ 2). Loại liên kết này thường được tạo thành bởi tác dụng của các kim loại kiềm với các nguyên tố halogen. Ví dụ sự tạo thành phân tử NaCl từ nguyên tử Na và Cl: Na (Z = 11) Cl (Z = 17) 1s22s22p63s1 1s22s22p63s23p5 Tổng điện tích trong nguyên tử của 2 nguyên tử này ở trạng thái cơ bản bằng không. 33 Khi hai nguyên tử này tác dụng với nhau, các phân lớp 3s23p5 của clo có số điện tử gần bão hoà (bộ bát tử của Ar) nên nó kéo điện tử 3s1 của nguyên tử natri về phía mình tạo thành anion Cl-. Nguyên tử natri cho đi một điện tử trở thành cation Na+ có cấu hình điện tử của Ne: Cation Na+ Anion Cl- 1s22s22p6 1s22s22p63s23p6 Các ion Na+ và Cl- liên kết với nhau bởi lực hút tĩnh điện tạo thành phân tử NaCl. Na+ + Cl- = NaCl Sự ion hoá để tạo thành cation và anion của các nguyên tố tuân theo quy luât: - Xu hướng tạo thành cati ...