11 + Chu kỳ 4, 5 có 18 nguyên tố (8 nguyên tố phân nhóm chính, 10 nguyên tố phân nhóm phụ hay nguyên tố chuyển tiếp). + Chu kỳ 6 có 32 nguyên tố (8 nguyên tố phân nhóm chính, 10 nguyên tố phân nhóm phụ và 14 nguyên tố họ lantanit. + Chu kỳ 7 về lý thuyết cũng có 32 nguyên tố nhưng chỉ mới phát hiện 19 (2 chính, 3 chuyển tiếp và 14 actinit) gọi là chu kỳ dở dang. - Số thứ tự ô trùng với số điện tích hạt nhân Z. - Số thứ tự chu kỳ trùng với số n (số lớp electron) - Nguyên tố s (họ s) là các nguyên tố có electron cuối cùng điền vào phân mức s ngoài cùng. 1 ns (kiềm), 2 ns (kiềm thổ), có hai nguyên tố s ớ đầu chu kỳ. - Nguyên tố p (họ p) có electron cuối cùng điền vào phân mức p ngoài cùng, đó là 6 nguyên tố cuối chu kỳ: 612  npns . - Giữa chu kỳ là 10 nguyên tố d có electron vào ON (n ‟ 1)d sau nguyên tố d thứ nhất là 14 nguyên tố f (n ‟ 2)f 2.2. Nhóm: Là dãy dọc các nguyên tố có tổng số electron lớp ngoài cùng (n) bằng nhau và bằng số thứ tự của nhóm hay phân nhóm. Riêng các nguyên tố như: Co, Ni. Tuy có số electron ở phân lớp ngoài cùng lớn hơn 8 vẫn được đặt vào nhóm VIII. Ngoài ra các nguyên tố lantanit và actinit có cấu tạo đặc biệt được xếp vào nhóm III (sách giáo khoa trang 83).  Có phân nhóm chính và phân nhóm phụ. a. Phân nhóm chính: (A) Gồm các nguyên tố s hoặc p có công thức electron ở lớp ngoài cùng tương đương với x ns hoặc 2 2 x npns Ví dụ: Chu kỳ III, phân nhóm IA: 1 3s b. Phân nhóm phụ: (B) gồm các nguyên tố d có công thức electron lớp ngoài cùng   22 1 nsdn x  , mỗi phân nhóm có 3,4 nguyên tố, đặc biệt nhóm B VIII có 9 nguyên tố. - Số thứ tự phân nhóm phụ bằng số electron phân mức ngoài cùng. + Các ngoại lệ: BB vàIII : Thay vì     xx nsdnnsdn 1022 11   B VIII : x > 8 (Co, Ni….) - Các trường hợp gần cấu trúc bão hòa hoặc bán bảo hòa đều chuyển về đó. Ví dụ: Nếu có   42 1 dnns  thì   51 1 dnns    92 1 dnns    101 1 dnns  ns (n ‟ 1)d ns (n ‟ 1)d                          Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 12 2.3. Ô: Là vò trí cụ thể của mỗi nguyên tố trong bảng, là số thứ tự nguyên tố trùng số Z, cũng là số electron trong nguyên tử. Về nguyên tắc, khi biết nguyên tố nằm ở ô nào là xác đònh được cấu trúc electron nguyên tử. 3. Cấu trúc electron, nguyên tử và sự thay đổi tính chất của các nguyên tố trong hệ thống tuần hoàn: 3.1. Bán kính nguyên tử và ion: (r) - Trong cùng chu kỳ: Trái sang phải bán kính nguyên tử giảm, do Z tăng và n không đổi. Ở các chu kỳ lớn không rõ ràng, do hiệu ứng chắn. - Trong nhóm chính: Trên xuống bán kính nguyên tử tăng do n tăng và hiệu ứng chắn chiếm ưu thế so với Z tăng. - Phân nhóm phụ: Nguyên tố 1 đến nguyên tố 2 bán kính nguyên tử tăng, sau đó hầu như không tăng. 3.2. Năng lượng ion hóa: (I) - Là năng lượng cần thiết bứt electron ra khỏi nguyên tử không bò kích thích để tạo ion dương. eXIX  0 Năng lượng ion hóa càng nhỏ thì càng dễ nhường electron, do đó tính kim loại và khử tăng. - Tách ion càng về sau càng khó. Ví dụ: Tách electron thứ hai cho ra 2 X có 12 II  - Z tăng và hiệu ứng xâm nhập tăng dẫn đến I tăng. Hiệu ứng chắn tăng dẫn đến I giảm  Trong 1 chu kỳ từ trái sang phải I tăng, tính kim loại giảm (Z tăng). Từ trên xuống, phân nhóm chính I giảm. Phân nhóm phụ I tăng (ít) do hiệu ứng xâm nhập tăng. 3.3. i lực electron (F) Là năng lượng phát ra (hay thu vào) khi kết hợp một electron vào nguyên tử trung hòa, tạo ion âm. FXeX  0 Tính phi kim tăng  ái lực electron (F) tăng. Trong chu kỳ: Trái sang phải F tăng. Phân nhóm chính: Từ trên xuống F giảm. 3.4. Độ âm điện: Cho biết khả năng một nguyên tử của một nguyên tố hút mật độ electron về phía mình khi tạo liên kết với nguyên tử của một nguyên tố khác. Độ âm điện theo Mulliken )IF(/X  21 X lớn thì sự hút electron lớn. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 13 Theo Pauling   2 BABBAABA XXE.EEE   Với X và E tính bằng eV. - Trong chu kỳ: Trái sang phải X tăng. - Trong nhóm: Từ trên xuống X giảm. 3.5. Số oxy hóa: Là điện tích dương hay âm của nguyên tố trong hợp chất được tính với giả thiết rằng hợp chất được tạo thành từ các ion. Một số quy tắc xác đònh số oxy hóa của các nguyên tố: - Số oxy hóa của nguyên tố tự do bằng 0. - Số oxy hóa của mỗi ion một nguyên tử bằng điện tích của ion đó. - Số oxy hóa của mỗi nguyên tố trong hợp chất cộng hóa trò bằng điện tích của nguyên tử đó khi xem cặp electron liện kết sẽ chuyển hẳn về nguyên tử có độ âm điện lớn hơn. (Ví dụ 3 NH ). - Số oxy hóa của kim loại kiềm luôn bằng +1, kiềm thổ +2. - Số oxy hóa của Oxy bằng -2 (trừ 12 2 22   vaOvaOF ) - Số oxy hóa Hydro bằng +1 (trừ các hợp chất Hidrua của kim loại hoạt động bằng -1) “Tổng số oxy hóa trong phân tử trung hòa của các nguyên tố bằng 0”  Theo nguyên tắc này tính số oxy hóa của các nguyên tố. CHƯƠNG IV LIÊN KẾT HÓA HỌC VÀ CẤU TẠO PHÂN TỬ 1. Một số khái niệm cơ bản: - Bản chất liên kết: Có bản chất điện giữa các hạt nhân tích điện dương và electron tích điện âm. - Các electron thực hiện liên kết hóa học chủ yếu là các electron những phân lớp ngoài cùng: ns, np, (n-1)d, (n-2)f, gọi là các electron hóa trò. - Độ dài liên kết: Khoảng cách giữa hai hạt nhân của các nguyên tử tương tác với nhau. (thường tính bằng 0 A ) - Góc hóa trò là góc tạo thành bởi hai đoạn thẳng tưởng tượng nối hạt nhân nguyên tử trung tâm với hạt nhân hai nguyên tử liên kết. Ví dụ: OH 2 - Năng lượng liên kết: (kcal (KJ)/mol) là năng lượng cần tiêu tốn để phá hủy lên kết. - Độ bội liên kết: Là số mỗi liên kết được hình thành giữa hai nguyên tử trong liên kết. Ví dụ: C ‟ C độ bội 1, CC  độ bội 3. H + 104.5 0 O -2 H + Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 14  Sau đây ta sẽ xét hai phương pháp khảo sát liên kết cộng hóa trò. 2. Phương pháp liên kết hóa trò: (L – H) Còn gọi là phương pháp cặp electron của Hâyle-London. Dựa trên cơ sở nghiên cứu sự hình thành phân tử 2 H . Khi ba H,H ở xa nhau thì 21 ba .   (1)  : Hàm số sóng phân tử mô tả sự chuyển động của hai electron. 21 ba ,  : Hàm sóng nguyên tử (giữa a và 1, giữa b và 2) Khi ab H,H lại gần nhau thì ta có thêm lực hút giữa 12 eb,ea  do đó cần bổ sung: 12 ba .'    hàm sóng gần đúng là tổ hợp của (1) và (2), dạng: 12 2 21 1 2 babaH CC   Giải phương trình sóng Sơrôđingơ, ta có:      21 21 CC CC  Có hai hàm sóng đặc trưng cho chuyển động của hai electron.   1221 babaSS C   Hàm số đối xứng   1221 babaAA C   Hàm số bất đối xứng S  ứng với trạng thái hai electron có spin ngược nhau.  Ý nghóa của hàm sóng: - Hàm S  Tương ứng với trường hợp hai electron của ba H,H có spin ngược nhau, đến gần nhau dẫn đến hút nhau tạo phân tử Hydro (có liên kết) - Hàm A  có hai electron spin giống nhau, tiến gần nhau dẫn đến đẩy nhau, tức không tạo phân tử Hydro. - Đường cong thế năng của nguyên tử Hydro:  S      H a H b H a H b + e2 Hb Ha + - r a1 r b2 - r a2 r b2 e1 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 15 Một số điểm cơ bản của phương pháp L ‟H về liên kết cộng hóa trò: + Liên kết cộng hóa trò là liên kết hai electron hai tâm. + Liên kết cộng hóa trò hình thành do sự che phủ lẫn nhau giữa các ON hóa trò của các nguyên tử tương tác. + Liên kết cộng hóa trò càng bền khi độ che phủ của các ON tương tác càng lớn. Độ che phủ phụ thuộc kích thước, hình dạng các On và hướng che phủ của chúng.  Liên kết cộng hóa trò có tính đònh hướng, bão hòa và phân cực. Biểu diễn liên kết cộng hóa trò bằng hai chấm ( hay gạch ngang (-) H:H hay H ‟ H có một liên kết cộng hóa trò N:::N hay N N có ba liên kết cộng hóa trò Ví dụ: Khảo sát sự tạo thành SeH 2        1s 1 Se 4s 2 4p 4 Lưu ý: ON s bao giờ cũng có dấu + ON p có một đầu dương một đầu âm. Các kiểu liên kết cộng hóa trò: - Liên kết cộng hóa trò  tạo thành do sự che phủ giữa các ON xảy ra theo trục nối hai hạt nhân nguyên tử. s ‟ s, s ‟ p, p ‟ p, s ‟ d, …. Chú ý: Cùng dấu thì che phủ, khác dấu không che phủ. - Liên kết cộng hóa trò  : Khi các ON tương tác che phủ với nhau về hai bên của trục nối hai hạt nhân: p ‟ p, p ‟ d, d ‟ d. - Liên kết cộng hóa trò  xuất hiện khi 20N d nằm trong hai mặt phẳng song song che phủ nhau theo cả 4 “cánh hoa”. - Xét ví dụ: Tạo thành phân tử 2 N Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 16 Phân tử có một liên kết  , hai liên kết  . Bậc liên kết: Liên kết đơn bậc bằng 1, liên kết đôi bậc bằng 2, liên kết ba bậc bằng 3. Ngoài ra liên kết còn có thể có giá trò lẻ. Ví dụ: Bậc liên kết Cl ‟ Cl là 1,12, của C ‟ O trong 2 2 CO là 1,33…. Giải thích: Do Cl có 7 electron ngoài, trong đó ba electron tham gia tạo một liên kết, còn lại là e842  tạo một liên kết  bậc lẻ là 1 : 8 = 0.12 Liên kết  di động (không đònh chỗ) hai electron, đa tâm. Ví dụ: Liên kết F ‟ F , O = O , N  N Bậc liên kết 1 2 3 Độ dài liên kết   0 A 1.42 1.207 1.095 Năng lượng liên kết 151 493 940 (KJ/Kmol) Bậc liên kết càng lớn thì độ dài liên kết càng giảm, E càng lớn. Bậc liên kết lẻ do có một liên kết  và một liên kết  di động. Ví dụ: 66 2 3 HvàCCO  Các tính chất liên kết cộng hóa trò: a. Tính bão hòa của liên kết cộng hóa trò: Liên kết cộng hóa trò được hình thành theo hai cơ chế: + Cơ chế ghép đôi: Liên kết cộng hóa trò được hình thành do sự góp chung hai electron hóa trò độc thân có spin ngược nhau của hai nguyên tử tương tác, trong đó mỗi nguyên tử đưa ra một cho đến số liên kết cộng hóa trò bằng số electron ghép đôi. + Cơ chế cho – nhận: Sự hình thành cặp electron ghép đôi của liên kết cộng hóa trò chỉ do một trong hai nguyên tử tương tác đưa ra, còn nguyên tử kia nhận lấy. Cặp electron có sẵn của nguyên tố cho được gọi là cặp electron hóa trò tự do. Ví dụ: b. Tính đònh hướng của liên kết cộng hóa trò: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 17 Theo lý thuyết thì liên kết Nhưng thực nghiệm thì cho thấy do đó chỉ đơn thuần xét sự che phủ của các ON tương tác mà kết luận cấu hình không gian là không chính xác. Từ đó Paolinh và Xtâyle đã đưa ra thuyết lai hóa. Thuyết lai hóa: - Các nguyên tử tương tác với nhau có thể không dùng những ON s, p, d, … thuần túy mà dùng những ON “trộn lẫn” mới được tạo thành trong nội bộ nguyên tử để che phủ với những ON khác. Hiện tượng này gọi là sự lai hóa các ON. Ví dụ: Lai hóa sp, dsp,dsp,sp,sp 23332 Sp: lai hóa ON s vớimột ON p - Các ON lai hóa có hình dạng và năng lượng hoàn toàn giống nhau, trong đó có bao nhiêu ON tham gia lai hóa sẽ có bấy nhiêu ON lai hóa được tạo thành và phân bố đối xứng trong không gian. + Điều kiện có lai hóa bền vững: - Các ON tham gia lai hóa phải có năng lượng gần nhau. - Mật độ electron của các ON phải đủ lớn. - Mật độ che phủ của các ON càng tăng thì lai hóa càng bền. + Một số lai hóa đơn giản: 1. Lai hóa sp: Do sự tổ hợp một ON s với một ON p (của cùng một nguyên tử) Tạo ra hai ON lai hóa sp phân bố đối xứng góc 0 180 2. Lai hóa 2 sp : Xảy ra giữa một ON s và hai ON p (cùng một nguyên tử) tạo ba ON lai hóa 2 sp và góc là 0 120 . Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 18 3. Lai hóa 3 sp : Xảy ra giữa một ON s và ba ON p tạo ra bốn ON lai hóa 3 sp phân phối đối xứng nhau trong không gian theo hướng đến bốn đỉnh một tứ diện đều  góc là '28109 0 . Ví dụ: CH,CCl 44 Ngoài ra còn các kiểu lai hóa khác phức tạp hơn.  Đặc biệt: Xuất hiện các giá trò góc 0000 31075104 ,,, (gần với '28109 0 ) hoặc 0 118 (gần 0 120 ) ở CCl 2 là do có mặt cặp electron hóa trò tự do trong nguyên tử trung tâm tạo nên hiệu ứng đẩy. Ví dụ: Liên kết cộng hóa trò có cực, không cực và sự phân cực: - Sự phân cực là do cặp electron hóa trò chuyển (bò hút) về nguyên tố có độ âm điện cao hơn, làm cho nó bò phân cực âm, nguyên tố kia phân cực dương. Dần dần tiến đến giới hạn liên kết ion, gọi là sự ion hóa (khi độ chênh lệch của độ âm điện giữa hai nguyên tố lớn). Tóm lại: - Ưu điểm của phương pháp L _ H là giải thích được khả năng tạo liên kết, các đặc trưng liên kết, giải trích được cấu trúc và tính chất của nhiều phân tử và nhất là có tính chất rõ ràng dể hình dung. - Nhược điểm: Chưa giải thích được hết các tính chất, như tính thuận từ, độ màu sắc, sự tạo thành ion  2 H Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 19 3. Phương pháp Ocbitan phân tử (OP) - Phương pháp này do hai nhà bác học Hund và Mulliken đưa ra. Khảo sát trường hợp ion  2 H Thay vì phân tử 2 H . Trong trường hợp này hàm số sóng được xác đònh như sau: ba H CC  21 2   Giải phương trình sóng Sơrôđingơ trêncũng cho hai lời giải. 21 CC  và 21 CC  Tức là ta có:   bass C   là hàm sóng biểu diễn các Ocbitan phân tử liên kết.   baAA C   Là hàm biểu diễn các OP phản liên kết. Đường biểu diễn các hàm số sóng  SA ,  OP liên kết có năng lượng thấp hơn OP phản liên kết.  Một số luận điểm của phương pháp OP: Phân tử là tổ hợp thống nhất của các hạt nhân nguyên tử và e, trong đó mỗi electron chuyển động trong trường các hạt nhân và những e còn lại. Các hạt nhân và electron là của chung phân tử nên có thể xem là “nguyên tử phức tạp”. Trong phân tử trạng thái electron được đặc trưng bằng hàm số sóng phân tử  , tức là bằng OP. Các OP được tạo thành do sự tổ hợp tuyến tính (+ hoặc -) các ON (sự che phủ), số OP tạo thành bằng số ON tham gia che phủ. Sự tổ hợp tuyến tính + các ON  OP liên kết. Sự tổ hợp tuyến tính ‟ các ON  OP phản liên kết. plkEtExuấtphálkE OPOP  Biểu diễn sự tạo thành các OP từ các ON. Một số ví dụ tạo thành các OP từ các ON. + e Hb Ha + - r a r b Rab Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 20 Điều kiện để các ON tổ hợp thành OP: + Cc ON phải gần nhau về năng lượng, phải che phủ nhau đáng kể và phải có đối xứng giống nhau đối với đường liên kết trong phân tử. + Các electron trong phân tử sẽ phân bố trên các OP theo những quy luật giống như trên các ON: Theo trật tự tăng dần năng lượng, trên mỗi OP tối đachỉ có hai electron, xếp sao cho số electron độc thân nhiều nhất …. - Liên kết trong phân tử được xác đònh bằng số electron liên kết không bò triệt tiêu bởi electron phản liên kết (một electron phản liên kết triệt tiêu một electron liên kết). 2 plklk sốesốe ếtBậcliênk   Và liên kết có tên gọi của OP chứa lk e không bò triệt tiêu. Khảo sát một số phân tử đơn giản bằng phương pháp OP: 1. Các phân tử cấu tạo từ hai nguyên tử cùng loại của chu kỳ I: Các OP tạo thành từ các ON 1s trong đó có 1 OP plk s1  có năng lượng cao hơn OP lk s1  . Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com [...]... trí của miền năng lượng được quyết đònh bởi giá trò của khoảng cách cân bằng giữa các nguyên tử trong tinh thể chất rắn - Miền chứa các electron hóa trò gọi là miền hóa trò(1) - Miền tự do nằm trên miền hóa trò gọi là miền dẫn (2) - Miền xuất hiện giữa (1) và (2) (nếu có) là miền cấm (3)  Cấu trúc kim loại, chất bán dẫn và chất cách điện: 6 Các loại liên kết yếu (giữa các phân tử) 6.1 Liên kết Van der... có số electron hóa trò giống với phân tử N 2 là CO (đầu chu kỳ) (CO, CN, CN  ) (cuối chu kỳ NO , NO, NO ) - Do cấu trúc sắp xếp 10e hóa trò CO giống N 2 C 4 , O 6 nên chúng có nhiều đặc trưng lý hóa giống nhau 4 Các phân tử nhiều nguyên tử: Trong phương pháp L ‟ H trên, ta đã khảo sát và đã biết rằng phân tử BeH 2 tạo thành do              sự che phủ của ON sp lai hóa góc 180 0...         lk công thức phân tử của BeH 2 có dạng:   s   Công thức electron phân tử CH 4 : x lk 2 s lk 2 2 lk 2 x lk 2 y lk 2 z 5 Các phân tử cộng hóa trò: Là những phân tử được hình thành trên cơ sở liên kết cộng hóa trò Phân tử cộng hóa trò có cực và không cực: Tùy thuộc vào sự phân bố mật độ electron đối xứng hay không đối xứng, tức là liên kết tạo thành có cực hay không cực Ví dụ: Phân... ion trái dấu (lực Culong) Khả năng tạo Cation: Phụ thuộc năng lượng ion hóa củqa nguyên tố I bé thì khả năng tạo cation lớn Khả năng tạo anion: Phụ thuộc áp lực electron của nguyên tố E càng lớn thì khả năng tạo anion càng lớn 4.2 Đặc điểm liên kết ion: - - Liên kết ion có hai tính chất đặc trưng trái ngược hẳn với liên kết cộng hóa trò là không đònh hướng và không bảo hòa Do ion là quả cầu có điện...  2 py   2 pz   2 px Giản đồ năng lượng của hai trường hợp trên trình bày như sau:   Cụ thể ở đây B2 (6e)C 2 (8e)N 2 (10e)N 2 (9e)O 2 (11e)O 2 (12e)F2 (14e)Ne2 (16e) là các e hóa trò  Nhận xét: Tăng các electron hóa trò  tăng bậc liên kết và năng lượng liên kết, giảm chiều dài liên kết trong dãy B2  C 2  N 2 , nhưng ngược lại trong dãy N 2  O 2  F2  Ne2 là do sự tăng electron liên kết... trong không gian Đặc biệt trong tinh thể mỗi ion được bao quanh bằng các ion đối dấu với lực liên kết hoàn toàn như nhau dẫn đến không có ion tuyệt đối  Ví dụ: Cs  F  94% liện kết ion, 6% liên kết cộng hóa trò 4.3 Sự phân cực ion: Là sự dòch chuyển các đám mây electron đối với hạt nhân của một ion dưới tác dụng của một điện trường một ion khác - Ion có đám mây electron bò biến dạng gọi là ion bò phân... ‟ H trên, ta đã khảo sát và đã biết rằng phân tử BeH 2 tạo thành do              sự che phủ của ON sp lai hóa góc 180 0 và các ON s của H CH 4 thì tạo thành do sự che phủ 4 On lai hóa sp 3 của C, tạo tứ diện đều, góc là 109 0 28' với các ON s của H Sau đây ta xét sơ đồ cấu trúc electron của các phân tử BeH 2 vàCH 4 theo phương pháp OP lk Từ giản đồ năng lượng ta thấy các liên kết . lai hóa càng bền. + Một số lai hóa đơn giản: 1. Lai hóa sp: Do sự tổ hợp một ON s với một ON p (của cùng một nguyên tử) Tạo ra hai ON lai hóa sp phân bố đối xứng góc 0 180 2. Lai hóa. chất rắn. - Miền chứa các electron hóa trò gọi là miền hóa trò(1). - Miền tự do nằm trên miền hóa trò gọi là miền dẫn (2). - Miền xuất hiện giữa (1) và (2) (nếu có) là miền cấm (3).  Cấu. tính chất liên kết cộng hóa trò: a. Tính bão hòa của liên kết cộng hóa trò: Liên kết cộng hóa trò được hình thành theo hai cơ chế: + Cơ chế ghép đôi: Liên kết cộng hóa trò được hình thành