Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang CHƯƠNG VIII: ĐẠI CƯƠNG VỀ LIÊN KẾT HOÁ HỌC 5 ( 3 lí thuyết, 2 bài tập ) Ngày soạn: 30/10/2010 Ngày giảng: 6/12/2010 - 10/12/2010 I. Mục tiêu bài giảng Sau khi học xong chương này học sinh cần: 1. Kiến thức: - Khái niệm liên kết, các loại liên kết: liên kết ion, liên kết cộng hoá trị, các dạng liên kết yếu - Công thức Liuyt, sự cộng hưởng - Mô hình VSEPR và hình học phân tử 2. Kĩ năng - Phân biệt các loại liên kết - Viết được công thức Liuyt, công thức cấu tạo của chất, ion tính điện tích, bậc liên kết - Dựa vào mô hình VSEPR mô tả được cấu trúc phân tử, dự đoán dạng hình học - Dựa vào sự tương tác yếu: liên kết hiđro, Vanđơ Van giải thích một số tính chất 3. Thái độ - Thông qua sự phát triển của các thuyết về liên kết hoá học, người học thấy được quy luật phát triển của nhận thức từ đơn giản đến phức tạp, thấy được sự phát triển các thuyết - Yêu thích môn hoá học II. Chuẩn bị - GV: giáo án, giáo trình - SV: Tài liệu, vở III. Phương pháp giảng dạy - Phương pháp dạy học nêu vấn đề, phương pháp trực quan - Phương pháp đàm thoại gợi mở - Phương pháp thuyết trình, kèm theo giải thích minh hoạ Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang - Phương pháp luyện tập IV. Nội dung bài giảng Hoạt động của GV và SV Nội dung bài dạy Hoạt động 1: Liên kết hoá học - Liên kết hoá học là gì? - Các loại liên kết hoá học? Cho ví dụ + Liên kết cộng hoá trị: HCl + Liên kết ion: NaCl + Liên kết kim loại: Na, K + Liên kết hiđro: trong nước… Hoạt động 2: Quy tắc bát tử - Nội dung quy tắc bát tử? - VD: sự hình thành liên kết trong NaCl 11 Na : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 17 Cl : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 Na + : 1s 2 2s 2 2p 6 Cl - : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 Na + và Cl - đều có cấu hình vững của khí hiếm (8 e ) Na + + Cl - => NaCl Hoạt động 3: Các đặc trưng của liên kết - Các đặc trưng của liên kết hoá học? + Năng lượng liên kết Bài 1. LIÊN KẾT HÓA HỌC I. Liên kết hoá học - Là sự kết hợp giữa các nguyên tử tạo thành phân tử hay tinh thể bền vững hơn - Phân loại: + Liên kết cộng hoá trị + Liên kết ion + Liên kết kim loại + Liên kết hiđro, liên kết Vanđơvan… II. Quy tắc bát tử (octet) - Nguyên tử của các nguyên tố có khuynh hướng liên kết với các nguyên tử khác để đạt được cấu hình e vững bền của các khí hiếm với 8 e ( hoặc 2 đối với He) ở lớp ngoài cùng - Quy tắc bát tử có thể giải thích một cách định tính sự hình thành các loại liên kết trong phân tử đặc biệt là viết công thức cấu tạo trong các hợp chất thông thường III. Các đặc trưng của liên kết - Năng lượng liên kết: là năng lượng dùng để phá vỡ liên kết đó - Hình học phân tử : độ dài liên kết và góc liên Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang + Hình học phân tử - Mối liên hệ giữa trị số năng lượng với mức độ bền vững của liên kết? - Dựa bảng hãy cho biết liên kết nào bèn vững nhất: C-H, O- H, N-N? Hoạt động 1: Nghiên cứu liên kết cộng hoá trị - Thế nào là liên kết cộng hoá trị? - Biểu diễn CTCT của Cl 2 , H 2 O, N 2 - Phân loại liên kết cộng hoá trị? Thế nào là liên kết phân cực, không phân cực? - Trong các liên kết sau liên kết nào phân cực, liên kết nào không phân cực: HCl, CH 4 , H 2 O, N 2 , Cl 2 ? + Phân cực: HCl, CH 4 , H 2 O, Cl 2 + Không phân cực:N 2 kết ( xét ở phần mô hình phân tử) Bài 2: LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ, LIÊN KẾT ION I. Liên kết cộng hoá trị 1. Thuyết Liuyxơ - Liên kết cộng hoá trị là liên kết được hình thành giữa các nguyên tử của các nguyên tố phi kim, được thực hiện bởi các cặp e dùng chung Ví dụ : Cl 2 , H 2 O, N 2 : Cl : Cl : - Các e có khả năng tham gia hình thành liên kết là e hoá trị - Đôi e tạo liên kết phải có spin đối song - Các cặp e còn lại là các e riêng (không tham gia liên kết) 2. Phân loại - Liên kết cộng hoá trị không phân cực: đôI e dùng chung ở giữa khoảng cách hai hạt nhân nguyên tử - Liên kết cộng hoá trị phân cực: đôi e dùng chung lệch về phía nguyên tử của nguyên tố có độ âm điện hơn Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang Hoạt động 2: Liên kết ion - Nội dung của thuyết Coxen? - Sự hình thành NaCl 11 Na : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 17 Cl : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 Na + : 1s 2 2s 2 2p 6 Cl - : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 Na + Cl = Na + + Cl - = NaCl - Đặc điểm của liên kết ion? Hoạt động 1: Công thức cấu tạo Liuyt - Các quy ước trong công thức cấu tạo Liuyt? 3. Tính định hướng không gian của liên kết cộng hoá trị - Liên cộng hoá trị có sự định hướng trong không gian (cặp e dùng chung nằm ở khoảng giữa 2 nguyên tử ) - Tính bão hoà II. Liên kết ion 1. Thuyết Coxen Trong phản ứng hoá học xác định các nguyên tử có xu hướng thu thêm e hay nhường bớt e để đạt tới cấu hình bền của khí hiếm với 8e. Các nguyên tử đó trở thành ion, chúng hút nhau tạo thành chát có liên kết ion 2. Các đặc điểm của liên kết ion và hợp chất ion - Lực liên kết là lực tĩnh điện - Không có sự định hướng không gian - Có sự trung hoà về điện 3. Năng lượng liên kết của phân tử hợp chất ion Bài 3: CÔNG THỨC LIUYT 1. Công thức cấu tạo Liuyt - Quy ước: + Dấu chấm . để biểu thị 1 e + Dấu hai chấm : hay / biểu thị một đôi e trong Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang Hoạt động 2: Một số khái niệm - Thế nào là nguyên tử trung tâm, phối tử? - Trong công thức NH 3 : xác định nguyên tử trung tâm và phối tử? VD: Tìm cõi nguyên tử của 13 Al, 15 P? - Lõi nguyên tử Al: hạt nhân và e trên 1s 2 2s 2 2p 6 - Lõi nguyên tử P: tương tự - Xác định điện tích lõi nguyên tử của O, P, C, Al? VD: Tính điện tích hình thức của nguyên tử O trong phân tử H 2 O, H 2 O 2 ? Tính ĐTHT của N trong NH 4 + , NH 3 - ĐTHT của N trong NH 3 bằng 0 - ĐTHT của N trong NH 4 + bằng 1 nguyên tử hay phân tử. 2. Một số khái niệm a. Nguyên tử trung tâm và phối tử - Trong một công thức hoá học, nguyên tử trung tâm là nguyên tử cần nhiều số e để tạo được octet cho lớp ngoài cùng của nó ( nguyên tử có số oxi hoá cao nhất); các nguyên tử khác và cả đôi e riêng của nguyên tử trung tâm được gọi là phối tử. b. Lõi nguyên tử - Lõi của một nguyên tử ( khi nguyên tử này là thành phần của một công thức) gồm hạt nhân và e ở lớp trong - Ví dụ: N: gồm hạt nhân và e 1s 2 O : gồm hạt nhân và e 1s 2 c. Điện tích - Điện tích lõi nguyên tử: là một số nguyên dương có trị số bằng số e hoá trị vốn có của nguyên tử đó Ví dụ: O: +6, N:+5 ; C: +4 - Điện tích hình thức của một nguyên tử (ĐTHTNT) = (ĐTLNT) - (Tổng e riêng) - 1/2(Tổng e tạo liên kết) (ĐTHTNT) = (ĐTLNT) - (Tổng e riêng) -(Số liên kết) Ví dụ: Trong NH 3 ta thấy - Điện tích lõi của N: 5 - Số e riêng của N: 2 Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang Hoạt động 3: Các bước viết cấu tạo - GV giới thiệu các bước - Dựa vào các bước yêu cầu SV viết công thức Liuyt của HCN, H 2 CO 3 ? - Tổng số e tạo liên kết 6 (ĐTHT của N) = 5 – 2 - 1/2.6 = 0 3. Các bước viết cấu tạo Liuyt B1: viết cấu tạo sơ bộ của công thức đó - Cần dựa vào hoá trị và giả thiết ban đầu chỉ có liên kết đơn được hình thành B2: Tìm tổng số e hoá trị của các nguyên tử n 1 - Thông thường dựa vào cấu hình e - Nếu công thức là ion -, dương +: cộng hay trừ đi số e tương ứng B3: Tìm công thức Liuyt - Tìm tổng e đã tạo liên kết ở bước 1: n 2 - Số e còn lại : n 3 = n 1 - n 2 - Lấy số e từ n 3 tạo octet cho nguyên tử độ âm điện trong công thức sơ bộ. Tổng số e này n 4 B4: Tìm công thức Liuyt đúng - Tìm số e còn lại: n 5 = n 3 - n 4 Nếu n 5 = 0. Tính điện tích hình thức ở công thức vừa viết ở bước 3 Nếu n 5 ≠ 0. Dùng số e này tạo octet cho nguyên tử trung tâm. Chú ý: việc này chỉ được thực hiện khi nguyên tử trung tâm là nguyên tố chu kì 3 trở đi - Sau khi thực hiện, nếu nguyên tử trung tâm là nguyên tử của nguyên tố chu kì 2 chưa đạt octet, ta phải chuyển một hay một số đôi e riêng thành đôi e liên kết sao cho tạo octet với nguyên tử trung tâm. Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang Hoạt động 4: nghiên cứu về sự cộng hưởng - Dựa vào các bước hãy viết công thức Liuyt của NO 3 - , viết công thức cộng hưởng, tính điện tích trên các nguyên tố? Tính lại điện tích hình thức và kết luận + Công thức Liuyt đúng phải thoả mãn: - Đối với phân tử trung hoà điện nguyên tử trung tâm và các phối tử có điện tích hình thức = 0 - Đối với phân tử ion: nguyên tử trung tâm có ĐTHT=0, phối tử có tổng ĐTHT = điện tích của phân tử ion - Trường hợp ngoại lệ phối tử là nguyên tử H thì phối tử có ĐTHT= 0, nguyên tử trung tâm ĐTHT= điện tích của phân tử ion VD: H 3 O + , NH 4 + 4. Giả thiết về sự cộng hưởng - Công thức cấu tạo của CO 3 2- Điện tích 2- nằm trên nguyên tử O nào? - Thực nghiệm cho thấy CO 3 2- có cấu tạo phẳng, 3 nguyên tử oxi ở 3 đỉnh tam giác đều, góc liên kết 120 0 , 3 liên kết C-O có độ dài bằng nhau - Có cự cộng hưởng giữa3 công thức cấu tạo Lúc này điện tích hình thức = điện tích toàn nhóm/ số cấu tạo cộng hưởng Sự cộng hưởng thực chất là sự giải toả điện tích - Bậc liên kết: Số liên kết Liên kết đơn: bậc 1 Liên kết đôi: bậc 2 Liên kết ba: bậc 3 Khi xét công thức cộng hưởng thì bậc liên kết bằng tổng các bậc liên kết của liên kết đó trong các cấu tạo trong các cấu tạo cộng hưởng chia Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang Hoạt động 1: Nghiên cứu về độ dài liên kết - Độ dài liên kết là gì? Hoạt động 2: Góc liên kết - Góc liên kết? - Có những loại góc liên kết nào? Hoạt động 3: Mô hình VSEPR - Nội dung của mô hình này? cho số cấu tạo cộng hưởng VD: CO 3 2- bậc liên kết = 4/3 Bài 4: HÌNH HỌC PHÂN TỬ Trong phân tử có sự phân bố vị trí tương đối các hạt nhân nguyên tử nên có đựơc hìnhdạng không gian của phân tử với độ dài và góc xác định I. Độ dài liên kết - Độ dài của một liên kết trong phân tử là khoảng cách giữa hai hạt nhân nguyên tử tạo ra liên kết đó khi phân tử ở trạng thái năng lượng thấp nhất. II. Góc liên kết - Là góc tạo bởi hai nửa đường thẳng xuất phát từ một hạt nhân nguyên tử đi qua hai hạt nhân của hai nguyên tử liên kết với nguyên tử đó. Trong một số trường hợp, người ta chú ý đến góc được tạo ra bởi 4 nguyên tử hay 2 mặt phẳng, là góc nhị diện hay góc xoắn. III. Mô hình sự đẩy giữa các cặp e vỏ hoá trị VSEPR Nội dung mô hình: các cặp e hoá trị được phân bố cách nhau tới mức xa nhất có thể có được để có lực đẩy nhỏ nhất giữa chúng. Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang Hoạt động 4: Nghiên cứu hình dạng phân tử Hình dạng của phân tử AX n với n = 2 – 6? Bài tập áp dụng: Dự đoán hình dạng phân tử AXE 3 AX 4 E, AX 5 E, AX 4 E 2 AXE 3 : Phân tử phẳng AX 4 E: Cái bập bênh AX 5 E: Tháp vuông AX 3 E 2 : Hình chữ T AX 4 E 2 : vuông phẳng - Hãy cho biết dạng hình học phân tử của các phân tử sau: SnCl 2 , NH 3 , H 2 O, HF, SF 4 , ClF 3 , BrF 5 , XeF 4 Hoạt động 1: Nghiên cứu tương tác - Lưu ý : mô hình cặp đẩy không áp được cho các hợp chất phức của các nguyên tố kim loại chuyển tiếp có vỏ hoá trị d IV. Hình dạng một số loại phân tử Xét một số trường hợp cơ bản, chủ yếu có liên kết đơn a. AX n với n = 2 - 6 Nguyên tử trung tâm không có đôi e riêng n=2 : Đường thẳng, góc liên kết 180 0 BeH 2 n=3: Tam giác đều, góc liên kết 120 0 BF 3 , AlCl 3 n = 4: Tứ diện đều, góc liên kết 109,28’ CH 4 , NH 4 + n=5: Lưỡng chóp tam giác, góc liên kết 120 0 , 90 0 , PCl 5 n=6: Bát diện đều, góc liên kết 90 0 , BF 6 b. AX n E m Nguyên tử trung tâm vừa có n đôi e liên kết lại có m đôi e riêng AX 2 E : Hình gấp khúc AX 3 E : Tháp tam giác: NH 3 AX 2 E 2 : Gần với tứ diện: H 2 O Bài 5: CÁC TƯƠNG TÁC YẾU I. Tương tác Van đơ van 1. Ba thành phần của lực hút a. Lực định hướng Khi các phân tử bị phân cực tiến lại gần nhau, các đầu lưỡng cực trái dấu hút nhau tạo ra sự Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang Vanđơvan - Giải thích sự xuất hiện lực định hướng? - Giải thích sự xuất hiện lực cảm ứng? - Sự xuất hiện lực khuyếch tán? - Đặc điểm của tương tác VanđơVan định hướng tương đối giữa chúng sao cho hệ có năng lượng thấp, trạng thái bền - Thế năng lực định hướng 4 6 2 3 dh U r kT µ = − µ : momen lưỡng cực k: Hằng số Bonxơman T: nhiệt độ tuyệt đối r: khoảng cách giứa tâm của hai lưỡng cực b. Lực cảm ứng - Phân tử thứ 1 không bị phân cực ở cạnh phân tử phân cực. Do tác dụng của điện trường tạp ra bởi lưỡng cực của phân tử thứ 2, phân tử thứ 1 cùng bị phân cực. Sự phân cực của phân tử thứ 1 được gọi là sự phân cực do cảm ứng 2 6 2 eu U r αµ = − c. Lực khuyếch tán -Trong phân tử, các e chuyển động liên tục, các hạt nhân dao động quanh vị trí cân bằng. Có lúc, sự chuyển động và dao động đó làm lệch sự phân bố điện tích âm và dương khỏi vị trí cân bằng, làm xuất hiện lưỡng cực tạm thời. Các lưỡng cực này tương tác với nhau tạo sự định hướng thuận lợi về năng lượng của hệ. 2 0 6 3 4 kt h U r ν α = − 2. Lực đẩy Thế năng đẩy được tính theo công thức: Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh [...]... Hoạt động 2: Khái niệm liên kết hiđro - Khái niệm liên kết hidrô? Cho ví dụ? II Liên kết hiđro 1 Khái niệm - Liên kết hiđro giữa một nguyên tử hiđro với một nguyên tử B âm điện mạnh có đôi e riêng, được gọi là liên kết hiđro A_ H…B 2 Bản chất - Khi H liên kết với nguyên tử có độ âm điện Hoạt động 3: Bản chất liên kết hiđro - Bản chất liên kết hiđro? mạnh như F, O, N thì liên kết đó bị phân cực mạnh... Ninh Hóa học đại cương 1 Quang Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Là tương tác tĩnh điện giữa H δ với mạnh có đôi e riêng, H δ liên kết với nguyên tử nguyên tử có độ âm điện mạnh, có này đôi e riêng Vậy bản chất liên kết hiđro là tương tác tĩnh điện + + giữa H δ với nguyên tử có độ âm điện mạnh, có + đôi e riêng - Liên kết hiđro là một liên kết yếu + Độ dài: liên kết có độ dài liên kết lớn hơn các liên kết thông... thông thường 3 Phân loại a Liên kết hiđro nội phân tử Liên kết hiđro được tạo ra trong cùng một phân tử Hoạt động 4: Phân loại b Liên kết hiđro giữa các phân tử đó - Có mấy loại liên kết hiđro và lấy ví Liên kết hiđro được tạo ra giữa H δ ở phân tử dụ? + này với nguyên tử B ở phân tử bên cạnh + Liên kết hiđro nội phân tử và ngoại phân tử ( liên phân tử) VD: 4 Vai trò của liên kết hiđro a Ảnh hưởng đến... phân tử: octo hiđroxi benzoic + Liên phân tử: C2H5OH Hoạt động 5: Vai trò của liên kết hiđro - Sự tạo thành đime của một số chất ở trạng thái lỏng b Ảnh hưởng đến tính chất vật lí - Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy của các chất - Vai trò của liên kết hiđro? - So sánh nhiệt độ sôi của các chất sau: C4H6, C2H5OH, CH3COOH - So sánh độ tan của các chất sau có khả năng tạo liên kết hiđro cao hơn các chất có... - So sánh độ tan của các chất sau có khả năng tạo liên kết hiđro cao hơn các chất có cùng khối lượng - Độ tan: các chất có tạo liên kết hiđro với nước tan nhiều trong nước trong nước: C6H6, CH4, CH3OH, CH3COOH? Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Quang Giảng viên: Ths Nguyễn Văn V Rút kinh nghiệm giờ dạy: Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh ...Hóa học đại cương 1 Quang + Giữa các phân tử có tương tác không kèm theo sự chuyển e Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Uđ = B/rn 3 Bán kính Vandơ Van + Năng lượng tương tác nhỏ vài - Thế năng tổng cộng được xác định: . NaCl Hoạt động 3: Các đặc trưng của liên kết - Các đặc trưng của liên kết hoá học? + Năng lượng liên kết Bài 1. LIÊN KẾT HÓA HỌC I. Liên kết hoá học - Là sự kết hợp giữa các nguyên tử tạo thành phân. điện tích - Bậc liên kết: Số liên kết Liên kết đơn: bậc 1 Liên kết đôi: bậc 2 Liên kết ba: bậc 3 Khi xét công thức cộng hưởng thì bậc liên kết bằng tổng các bậc liên kết của liên kết đó trong các. Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang Hoạt động 1: Nghiên cứu về độ dài liên kết - Độ dài liên kết là gì? Hoạt động 2: Góc liên kết - Góc liên kết? - Có những loại góc liên kết