Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học Phần I: Cấu tạo chất Chơng I - Cấu tạo nguyên tử I Mở đầu Các hạt tạo thành nguyên tử: * Nguyên tử có: - Kích thớc khoảng A ( 10-10 m) - Khối lợng: 10-23 kg * Nguyên tử gồm: - Hạt nhân ( điện tích +Z) gồm: + Proton (p), mp =1,672 10-27kg, tích điện dơng + 1,602 10-19C + Notron(n), mn = 1,675 10-27 kg, không mang điện Hạt nhân nguyên tố bền (trừ nguyên tố phóng xạ) - Electron(e) ,me = 9,1 10-31 kg , tích điện âm - 1,602 10-19C Trong bảng hệ thống tuần hoàn (HTTH), số TT nguyên tố = điện tích hạt nhân = số e VD: Ca có số TT= 20 => Z=số e=20 Thuyết lợng tử ánh sáng sóng điện từ lan truyền chân không với vận tốc c = 3.108m/s, đợc đặc trng bớc sóng hay tần số dao động: = c Thuyết sóng ánh sáng giải thích đợc tợng liên quan với truyền sóng nh giao thoa nhiễu xạ nhng không giải thích đợc kiện thực nghiệm hấp thụ phát ánh sáng qua môi trờng vật chất Năm 1900, M.Planck đa giả thuyết: Năng lợng ánh sáng tính chất liên tục mà bao gồm lợng riêng biệt nhỏ gọi lợng tử Một lợng tử ánh sáng (gọi phôtôn) có lợng là: E=h Trong đó: E lợng photon : tần số xạ h = 6,626 10-34 J.s - số Planck Năm 1905, Anhstanh đ dựa vào thuyết lợng tử đ giải thích thỏa đáng tợng quang điện Bản chất tợng quang điện kim loại kiềm chân không bị, bị chiếu sáng phát electron; lợng electron không phụ thuộc vào cờng độ ánh sáng chiếu vào mà phụ thuộc vào tần số ánh sáng Anhstanh cho đợc chiếu tới bề mặt kim loại, photon với lợng h truyền lợng cho kim loại Một phần lợng E0 đợc dùng để làm bật electron khỏi nguyên tử kim loại phần lại trở thành động mv electron: Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học h = E + mv Những xạ có tần số bé tần số giới hạn = E0 không gây tợng quang h điện Sử dụng công thức ta tính đợc vận tốc electron bật tợng quang điện Các mô hình nguyên tử: * Mô hình nguyên tử Rutherford: Mỗi nguyên tử có hạt nhân mang điện tích dơng e quay xung quanh * Mô hình nguyên tử Bohr: - Trong nguyên tử electron quay xung quanh nhân theo quỹ đạo tròn đồng tâm có bán kính xác định - Mỗi quỹ đạo ứng với mức lợng xác định electron Quỹ đạo gần nhân ứng với mức lợng thấp nhất, quỹ đạo xa nhân ứng với mức lợng cao Năng lợng electron nguyên tử H2 đợc xác định nh sau: En me = 20 h n Trong h = 6,626 10-34 J.s - số Planck m - khối lợng e o - số điện môi chân không o = 8,854.10-12 C2/Jm n - số nguyên dơng nhận giá trị 1,2,3 ,, - Khi e chuyển từ quỹ đạo sang quỹ đạo khác xảy hấp thụ giải phóng lợng Khi e chuyển từ quỹ đạo có mức lợng thấp sang mức lợng cao hấp thụ lợng Khi electron chuyển từ mức lợng cao sang mức lợng thấp xảy phát xạ lợng Năng lợng xạ hấp thụ giải phóng là: E = En - En = h = h c * Kết hạn chế thuyết Bohr Kết : - Giải thích đợc quang phổ vạch nguyên tử hyđro - Tính đợc bán kính nguyên tử hydro trạng thái a= 0,529 A0 Hạn chế - Không giải thích đợc vạch quang phổ nguyên tử phức tạp - Không giải thích đợc tách vạch quang phổ dới tác dụng điện trờng, từ trờng Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học - Giả thuyết có tính độc đoán * Các mô hình không giải thích đợc số vấn đề thực nghiệm đặt Nguyên nhân do: - Không đề cập đến tính chất sóng electron - Do coi quỹ đạo chuyển động electron nguyên tử quỹ đạo tròn có bán kính xác định II Quan điểm đại cấu tạo nguyên tử: Lỡng tính sóng hạt hạt vi mô Năm 1924 nhà vật lý học ngời Pháp Louis De Broglie đ đa giả thuyết: hạt vật chất chuyển động coi trình sóng đợc đặc trng bớc sóng tuân theo hệ thức : = h mv Trong đó: m - Khối lợng hạt, kg v - Vận tốc chuyển động hạt , m/s h - Hằng số Planck, h= 6,63.10-34J.s nhỏ -> tính chất sóng bỏ qua - Đối với hạt vĩ mô: m lớn (h =const) - Đối với hạt vi mô : m nhỏ (h =const) sóng khá lớn -> bỏ qua tính chất Ví dụ 1: Một hạt có khối lợng m = 0,3 kg, vận tốc chuyển động V= 30m/s hạt Giải: áp dụng hệ thức Louis De Broglie = 6,63.10 34 h = = 0,736.10 34 m 0,3.30 mv hạt vô nhỏ nên bỏ qua tính chất sóng hạt Nguyên lý bất định Heisenberg * Phát biểu nguyên lý Không thể xác định đồng thời xác toạ độ vận tốc hạt, vẽ đợc xác quỹ đạo chuyễn động hạt x vx h m Đây hệ thức bất định Heisenberg Trong x- Độ bất định (sai số) toạ độ theo phơng x vx- Độ bất định (sai số) vận tốc theo phơng x Nếu x nhỏ vx lớn, nghĩa độ bất định toạ độ nhỏ độ bất định vận tốc lớn Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học Từ rút kết luận quan trọng dùng học cổ điễn để mô tả cách xác quỹ đạo chuyển động hạt vi mô nh thuyết Bohr mà phải sử dụng môn khoa học là: học lợng tử III Khái niệm học lợng tử 1.Hàm sóng: Trạng thái chuyển động e nguyên tử đợc mô tả hàm toạ độ x,y,z thời gian t, đợc gọi hàm sóng (x,y,z,t) Trong trờng hợp t không đổi không phụ thuộc vào thời gian, đợc gọi trạng thái dừng electron Khi phụ thuộc vào biến x,y,z * Tính chất hàm sóng: - Có thể âm, dơng hàm phức - mật độ xác suất tìm thấy electron điểm phần không gian xung quanh hạt nhân - 2dv mô tả xác suất tìm thấy electron thời điểm t yếu tố thể tích dv bao quanh điểm có toạ độ x,y,z Vì electron có mặt không gian vô hạn nên xác suất tìm thấy 1: ũ Là điều kiện chuẩn hóa hàm sóng dv = Phơng trình Schrodinger: Để tìm hàm sóng ta phải giải phơng trình sóng, gọi phơng trình Schrodinger Đó phơng trình vi phân hàm sóng hạt vi mô (eleclectron) chuyển động trờng V: ổ h2 ỗ ỗ 2m ố Trong dó: = x + V ữữ = E ứ + y + z - Toán tử Laplace V- Là hạt E - Năng lợng toàn phần hạt Có thể viết dới dạng tổng quát hơn: H=E, H toán tử Hamilton hệ nghiên cứu Giải phơng trình sóng tìm đợc E, từ biết đợc chuyển động e Obitan nguyên tử mây electron - Mỗi giá trị nghiệm gọi obitan nguyên tử, kí hiệu AO Mây e đợc quy ớc miền không gian gần hạt nhân nguyên tử, xác suất có mặt electron khoảng 90% Mỗi đám mây electron đợc xác định bề mặt giới Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học hạn gồm điểm có mật độ xác suất Đám mây s hình cầu Đám mây p có dạng hình tạ đôi, đám mây d có dạng hình hoa bốn cánh z py y x s px pz z z z y y x dx2-y2 y x x z z z y dxz y y x dxy x dyz x IV Hệ e ( nguyên tử H ion tơng tự) Phơng trình sóng: - Hệ gồm e hạt nhân điện tích +Ze: Thế hệ: V= Ze r Trong r: khoảng cách hạt nhân e : số điện môi chân không V thuộc vào r => trờng tạo trờng xuyên tâm ( trờng có đối xứng tâm) gọi trờng Culông Phơng trình Schrodinger có dạng: h2 2m - Ze r = E - Để giải phơng trình sóng - Lời giải phơng trình sóng Schrodinger thu đợc lợng toàn phần e đa hệ tọa độ cầu: (x,y,z) (r,q,) (E), hàm sóng mô tả trạng thái chuyển động e () giải xuất số lợng tử n, l ,m Năng lợng: Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học * Kết giải phơng trình sóng thu đợc lợng toàn phần e: E n = 13,6 z2 (eV) n2 n: có giá trị nguyên dơng, gọi số lợng tử * Nhận xét: - Ee phụ thuộc vào n + n lớn -> Ee lớn ngợc lại + n gián đoạn Ee gián đoạn -> lợng e nguyên tử đợc phân thành mức, mức ứng với giá trị n + Khi n=1 E1 -> mức E1 gọi trạng thái Vậy trạng thái trạng thái có mức lợng thấp Hàm sóng: (x,y,z) = (r,,) - Khi giải phơng trình sóng, dẫn đến việc đặt hàm sóng (r,,) thành tích hai hàm: (r,,)= Rn,l (r).Ym,l(,) Trong đó: R(r) - Là hàm xuyên tâm phụ thuộc vào hai tham số n, l Y (,) - Là hàm góc phụ thuộc vào hai tham số l, m l - số lợng tử phụ : l = 0,1,2, ,n-1 -> ứng với giá trị n có n giá trị m - số lợng tử từ : 2l + giá trị m m = 0, 1,2, ,l -> ứng với giá trị l có l Nh hàm sóng thu đợc phụ thuộc vào số lợng tử n,l,m : n,l,m hay nói cách khác: Một hàm sóng (1AO) đợc đặc trng số lợng tử n,l,m * Nhận xét: - Các e có mức lợng có n trạng thái khác nhau, trạng thái đợc đặc trng số lợng tử l - - ứng với trạng thái có 2l+1 cách định hớng khác không gian VD: n=1 ( mức lợng K) -> l =0, m=0 => n,l,m= 100 100 =1AO => mức lợng K có AO n=2 (mức L) l =0,1; m=0, n =2, l =0 => 200=1AO n =2, l =1 => m=0 => 210=1AO m=1 => 211=1AO m=-1 Mức L có AO => 21-1=1AO Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học Vậy: Một mức lợng n có n2 hàm sóng => có n2 AO Một giá trị l có (2l+1) hàm sóng -> có (2l+1) AO Giới thiệu số mây e Hình dáng mây e gần giống hình dáng AO tơng ứng nhng khác: biểu diễn hàm sóng có dấu (+) hay (-) mây e dấu Giá trị l: Kí hiệu: s p d f Vậy với n => có ns = AO ns => mây ns n => có np = AO np => mây np m=0 (z) -> np = AO npz => mây npz z m=1 (x) -> np = AO npx=> mây npx x m=-1 (y) -> np = AO npy => mây npy y Mây np gồm đám mây ứng với giá trị a Mây ns - ns có tính chất đối xứng cầu, không phụ thuộc vào , - Mây s: Mật độ mây e phân bố đẳng hớng khối cầu z z x y x y Mây s AO ns b Mây p Mỗi hàm ns mặt cầu đối xứng qua gốc tọa độ có phần (+) phần (-) theo chiều trục tọa độ - Mỗi mây p: Có dạng hình tạ, cực đại mây e phân bố dọc theo trục tọa độ Chuyển động riêng e nguyên tử: Chuyển động toàn e nguyên tử gồm chuyển động: - Chuyển động xung quanh nhân ( chuyển động obitan) đợc đặc trng số lợng tử n,l,m - Chuyển động riêng(chuyển động tự quay) đợc đặc trng số lợng tử từ spin ms; ms nhận giá trị +1/2 1/2 * Vậy chuyển động toàn e nguyên tử đợc đặc trng số lợng tử n,l,m ms đó: - Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học - n đặc trng cho kích thớc mây e l đặc trng cho hình dáng mây e m đặc trng cho hớng mây e V Hệ nhiều e Hệ nhiều e -> e khảo sát chịu tác dụng của: - Lực hút hạt nhân - Lực đẩy e lại trờng tạo không xuyên tâm, lợng e trờng phụ thuộc vào n mà phụ thuộc vào l Để khảo sát hệ -> phải đa hệ hệ 1e -> dùng phơng pháp gần Phơng pháp gần 1e Khái niệm điện tích hạt nhân hiệu dụng * Phơng pháp gần 1e: - Coi e khảo sát chuyển động trờng Z hạt nhân tất e lại gây Z đợc gọi điện tích hạt nhân hiệu dụng - Z = Z- A, A số chắn e lại - Coi e lại chắn bớt ảnh hởng hạt nhân đại lợng A - Coi trờng tạo Z trờng xuyên tâm * Kết toán e áp dụng cho toán nhiều e ( cách sử dụng phơng pháp gần trên): Các biểu thức tính E, giống nhau, khác chỗ có Z đợc thay Z áp dụng kết toán 1e cho hệ nhiều e a Năng lợng: - Hệ e : E n = 13,6 -Hệ nhiều e: E n,l Z2 n2 Z' = 13,6 n => E=f(n) => E=f(n,Z) =f(Z,n,l) Nhận xét: - Vậy hệ e => E phụ thuộc vào số lợng tử n, hệ nhiều e E phụ thuộc vào n Z (hoặc Z, n l) - Trong hệ nhiều e, mức lợng bị tách thành n phân mức, phân mức đặc trng giá trị l l đặc trng cho lực đẩy e lại, l lớn En,l lớn - Trong hệ nhiều e, lợng có tợng suy biến b.Hàm sóng Hình dáng AO mây e hoàn toàn không đổi (nh hệ 1e) nhng mật độ phân bố e theo khoảng cách tới nhân khác Z Z ý nghĩa số lợng tử: Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học *Khái niệm lớp, phân lớp e: - Lớp e: Trong nguyên tử nhiều electron, electron có giá trị số lợng tử tạo thành lớp Các lớp đợc ký hiệu nh sau: n Lớp K L M N O P Q n lớn lớp electron xa nhân electron có lợng cao - Phân lớp e: Trong lớp electron đợc chia thành n phân lớp, phân lớp lớp đợc đặc trng giá trị l Để ký hiệu phân lớp dùng ký hiệu sau đây: l Ký hiệu s p d f Để phân lớp electron thuộc lớp viết thêm hệ số có giá trị số lợng tử n lớp trớc ký hiệu phân lớp Ví dụ: Lớp K ứng với n = gồm có phân lớp đợc đặc trng l = n=1, 1s ỡl = 2s Lớp L ứng với n=2 gồm có hai phân lớp đợc đặc trng ợl = 2p Lớp M ứng với n=3 gồm có phân lớp đợc đặc trng ỡl = 3s ù ớl = 3p ù ợl = 3d ý nghĩa số lợng tử: a Số lợng tử n - Xác định lớp e nguyên tử VD: n =1 -> ứng với lớp K n=2-> ứng với lớp L - Xác định kích thớc mây e: n lớn -> kích thớc mây e lớn mật độ mây e lo ng - Đối với nguyên tử H hay ion e, n xác định mức lợng e nguyên tử ion: E n = 13,6 - Z2 n2 Đối với nguyên tử nhiều e -> Ee =f(n,l) e lớp: E n,l = 13,6 n xác định mức lợng trung bình Z' n2 b Số lợng tử phụ l - xác định hình dáng đám mây e Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học Mây s hình cầu, mây p - tạ đôi, mây d dạng phức tạp c Số lợng tử từ: - m xác định định hớng AO hay mây electron không gian xung quanh hạt nhân Ví dụ: ứng với l=0 (mây s) => m=0; mây s có sụ định hớng xung quanh hạt nhân (mây s có hình cầu) l=1 (mây p) => ma= -1, ,+1 mây p có định hớng khác xung quanh hạt nhân d Số lợng tử từ spin ms: đặc trng cho chuyển động riêng e VI Sự phân bố e nguyên tử nhiều e Nguyên lý ngoại trừ Pauli Trong nguyên tử tồn hai electron có giá trị số lợng tử VD: Lớp K; n=1 => l=0 => m=0=> ms =+ ms =- 2 lớp K có nhiều e: e thứ có gía trị n =1, l=0, m =0 ms =+ ; e thứ có giá trị n =1, l=0, m =0 ms=- Hệ quả: Dựa vào nguyên lý pauli tính đợc số electron tối đa ô lợng tử, phân lớp hay lớp + Số electron tối đa ô lợng tử 2e (vì ô lợng tử e có số lợng tử giống nhau, số lợng tử thứ t ms phải khác nhau, nhận giá trị +1/2 -1/2) + Số electron tối đa phân lớp 2(2l+1) Phân lớp s p d f Số ô lợng tử Số e tối đa 10 14 VD: Tính số e tối đa phân lớp np ( n có giá trị bất kì) VD n =2, p ứng với l=1 Từ đó: n=2 -> l=1 => m=-1 => ms=+1/2 ms=-1/2 => ứng với AO 2py có nhiều 2e n=2 -> l=1 => m=0 => ms=+1/2 ms=-1/2 => ứng với AO 2pz có nhiều 2e n=2 -> l=1=> m=+1 => ms=+1/2 ms=-1/2 => ứng với AO 2px có nhiều 2e Vậy phân lớp p có nhiều 6e - Số e nhiều phân lớp: Một lớp e ứng với giá trị n có tối đa 2n2 e VD: Tính số e tối đa lớp L ( n=2) n=2 -> l=0 => m=0 => ms=+1/2 ms=-1/2 có tối đa 2e l=1 => m =-1 => ms=+1/2 ms=-1/2 có tối đa 2e m=0 => ms=+1/2 ms=-1/2 có tối đa 2e m=+1 => ms=+1/2 ms=-1/2 có tối đa 2e Vậy lớp L (n=2) có nhiều 8e=2n2 Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học Từ ví dụ ta thấy số liên kết cộng hoá trị nguyên tố có hạn, nghĩa có tính b o hoà (điều khác với trờng hợp liên kết ion) Tính định hớng liên kết cộng hoá trị Các nguyên tử phân tử liên kết với theo hớng có xen phủ mây electron lớn nhất, tính định hớng liên kết cộng hoá trị Từ tính định hớng ta dự đoán đợc cấu hình hình học phân tử Ví dụ: Phân tử H2S H: 1s1 S: 1s22s22p63s23p4 Hai e độc thân 3p S tạo liên kết với 2e độc thân hai nguyên tử H, để xen phủ cực đại AO phải định hớng theo trục liên kết nh Do hình dạng mây xen phủ định cấu hình hình học phân tử, góc HSH = 90o, nhng yếu tố khác nh lực đẩy tĩnh điện (sự phân cực S, H) xuất nên thực tế góc HSH 92o2, giải thích tơng tự góc HSeH = 91o, HTeH = 90o 1sH + + 3py 1sH 3pz Liên kết cho - nhận Liên kết cho - nhận liên kết cộng hoá trị Liên kết cho - nhận đợc hình thành cặp e không phân chia nguyên tử với AO hoá trị trống nguyên tử khác Cặp e dùng chung để tạo liên kết nguyên tử (ion) cung cấp Ví dụ: N: 1s22s22p3 3e độc thân N ghép đôi với 3e độc thân nguyên tử H tạo thành liên kết N-H Nh vậy, phân tử NH3 cặp e cha phân chia H H N: H H+: 1so có AO hoá trị trống 1s Khi NH3 tiến gần tới H+ bị rơi vào trờng tác dụng H+, H+ hút cặp e cha phân chia N tạo thành liên kết N-H thứ t đợc tạo cặp e cha chia Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học N 1AO hoá trị trống H+ Liên kết liên kết cho - nhận, đợc ký hiệu mũi tên () di từ nguyên tố cho cặp e đến nguyên tố nhận cặp e H H H N H H H N H H Sự hình thành phân tử BF4-, H3O+ đợc giải thích tơng tự, liên kết B-F liên kết H-O đợc hình thành cho- nhận Bằng thực nghiệm ngời ta xác nhận đợc liên kết N-H phân tử NH4+ phân tử BF4- giống hệt nên liên kết cho- nhận liên kết cộng hoá trị Cộng hoá trị cực đại Liên kết cộng hoá trị đợc tạo thành do: - Các e độc thân cha ghép đôi - Một cặp e cha phân chia - ô lợng tử trống Số liên kết cộng hoá trị mà nguyên tử có khả tạo thành (còn gọi cộng hoá trị cực đại) số ô lợng tử nguyên tử có khả tham gia liên kết (= số AO hoá trị) (bao gồm ô lợng tử có 1e độc thân, cặp e không phân chia hay ô lợng tử trống) Ví dụ 1: Các nguyên tử chu kỳ II có ô lợng tử hoá trị có khả tham gia liên kết 2s, 2px, 2py, 2pz nên cộng hoá trị cực đại chúng Ví dụ 2: B (Z=5): 1s22s22p1 B: B*: 1s 2s 2p B trạng thái kích thích có 3e độc thân, tạo đợc ba liên kết B-F, hình thành phân tử BF3 F F B F Ngoài ra, nguyên tố B obitan trống, tạo đợc liên kết B-F thứ t liên kết cho - nhận, hình thành phân tử BF4-: Có cộng hoá trị cực đại C (Z = 6): 1s22s22p2: C*: Có 4e độc thân, nên tạo đợc liên kết C-H Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học N (Z= 7): 1s22s22p3 Có 3e độc thân tạo đợc liên kết N-H, hình thành đợc phân tử NH3, nhiên nguyên tử N cặp e cha phân chia, tạo thành phân tử NH4+: N có cộng hoá trị cực đại IV Thuyết lai hóa 1.Điều kiện đời thuyết lai hóa Thuyết lai hoá đời nhằm giải đợc hai khó khăn phơng pháp cặp electron liên kết Cho phép giải thích đợc cấu trúc hình học độ bền liên kết VD Xét hình thành CH4 C(Z=6) 1s22s22p2 trạng thái kích thích C* theo phơng pháp cặp e liên kết 4e độc thân C* tạo thành liên kết C-H, có: - liên kết p-s: 3AO 2p C xen phủ với AO 1s nguyên tử H tạo góc liên kết HCH =900 - liên kết C-H thứ tạo thành xen phủ AO hóa trị 2s C 1s H (s-s) hớng xác định không gian (vì mức độ xen phủ AO s với nh theo hớng) Nếu coi liên kết phải cách liên kết góc liên kết HCH thứ t phải 125014 Kết dẫn đến độ bền liên kết C-H ( xen phủ s-s) khác với độ bền liên kết C-H lại (do xen phủ p-s) (phơng pháp cặp e không giải thích đợc khác này) - Tuy nhiên thực nghiệm chứng tỏ góc liên kết HCH 109028 (bằng góc tứ diện đều) độ bền liên kết C-H - Giải để giải khó khăn phơng pháp cặp e liên kết-> phải dùng thuyết lai hóa: giả thiết tạo liên kết AO 2s 3AO 2p C lai hóa (trộn lẫn) với tạo thành 4AO lai hóa sp3 giống hệt hớng tới đỉnh hình tứ diện đều, chúng xen phủ với 4AO 1s nguyên tử H Vậy liên kết C-H fải giống phải góc hình tứ diện mà nguyên tử C nằm tâm hình Cấu hình phân tử CH4 theo thuyết lai hóa Nội dung thuyết lai hóa: Lai hóa Ao tổ hợp AO hóa trị nguyên tử để tạo thành số tơng đơng AO có lợng định hớng xác định không gian đợc dùng để tạo liên kết bền Các AO tham gia tổ hợp có 1e, 2e ô lợng tử trống Các kiểu lai hóa a.Lai hóa sp 1AOs + 1AOp 2AO lai hoá sp 2AO lai hoá định hớng thẳng hàng với tạo với góc 180o Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học Ví dụ: Dạng lai hoá gặp nguyên tử Be phân tử BeF2, BeH2, BeCl2, nên phân tử có dạng thẳng b Lai hoá kiểu sp2: 1AOs + 2AOp 3AO lai hoá sp2 3AO lai hoá nằm mặt phẳng tạo với góc 120o pz + - + + + py + 120o + - + + Ví dụ: Kiểu lai hoá gặp nguyên tử B phân tử BF3, BCl3 c Lai hoá kiểu sp3: 1AOs + 3AOp AO lai hoá sp3 AO lai hoá định hớng từ tâm tới đỉnh tứ diện đều, góc tạo thành AO lai hoá 109o28 Ví dụ: Gặp nguyên tử O phân tử H2O, nguyên tử N phân tử NH3 ion NH4+ Điều kiện lai hoá bền: Lai hoá nguyên tử bền thảo m n điều kiện sau đây: Các AO nguyên tử tham gia lai hoá phải có lợng xấp xỉ Nh vậy, chu kỳ từ đầu đến cuối chu kỳ hiệu mức lợng Enp- Ens lớn dần lên Do từ đầu đến cuối chu kỳ hiệu lai hoá dần Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học Ví dụ: chu kỳ II hiệu lai hoá AO(2s) AO(2p) nguyên tử đầu chu kỳ nh Be, B, C tốt Đối với nguyên tố Be có lai hoá sp góc AO lai 180o, B có lai hoá sp2 góc AO lai 120o, C có lai hoá sp3 góc AO lai 109o28 ! Năng lợng AO tham gia lai hoá phải thấp Do AO lớp thứ hai (2s, 2p) tham gia lai hoá có hiệu hơn, AO lớp thứ ba (3s, 3p) hiệu lai hoá hơn, lớp thứ t (4s, 4p) lai hoá không đáng kể Ví dụ: d y H2O - H2S- H2Se- H2Te hiệu lai hoá giảm dần nên góc liên kết giảm dần theo d y 104o5 - 92o2- 91o - 90o Độ xen phủ AO lai hoá với AO nguyên tử khác tham gia liên kết phải lớn Dự đoán kiểu lai hoá cấu trúc hình học Để chọn kiểu lai hoá cho nguyên tử trung tâm dựa vào n tổng số liên kết s nguyên tử trung tâm với số cặp e hóa trị không phân chia Nếu tổng nguyên tử trung tâm có lai hoá dạng sp Nếu tổng nguyên tử trung tâm có lai hoá dạng sp2 Nếu tổng nguyên tử trung tâm có lai hoá sp3 -Khi đ biết đợc kiểu lai hóa nguyên tử trung tâm phân tử-> cha xác định đợc cấu hình hình học phân tử Vì cấu hình hình học phân tử phụ thuộc vào: + Dạng lai hóa của nguyên tử trung tâm + Số liên kết nguyên tử trung tâm với nguyên tử xung quanh +Số cặp e hóa trị nguyên tử trung tâm cha liên kết Muốn biết cấu hình hình học phân tử=> phải biết yếu tố Cụ thể: n=2: -> lai hóa sp: cấu trúc thẳng -> góc 1800 tam giác n=3: -> lai hóa sp2: có liên kết + cặp e hóa trị cha liên kết có liên kết + cặp e hóa trị cha liên kết -> cấu trúc góc tứ diện n=4: -> lai hóa sp : có liên kết + cặp e hóa trị cha liên kết có liên kết + cặp e hóa trị cha liên kết -> tháp tam giác có liên kết + cặp e hóa trị cha liên kết -> cấu trúc góc Ví dụ: BeH2 ; Nguyên tử trung tâm Be (Z=4) n= số liên kết + số cặp e hóa trị cha liên kết =2 +0 =2 => Be có lai hóa sp => phân tử có dạng đờng thẳng Tơng tự ta có: CH4 - C có lai hoá sp3- cấu trúc hình học tứ diện NH3 - N có lai hoá sp3 - cấu trúc hình học tháp tam giác H2O - O có dạng lai hoá sp3 - cấu trúc dạng góc Đánh giá u khuyết điểm phơng pháp liên kết hóa trị: - Giải thích đơn giản, dễ hiểu, cho phép giải thích cấu trúc hình học nhiều phân tử - Không giải thích đợc tồn số ion nh: H2+, O2+, NO+, không giải thích đợc tính thuận từ, nghịch từ phân tử O2 - Không có tính định đề (không chứng minh đợc) V Phơng pháp MO-LCAO ( phơng pháp MO - tổ hợp tuyến tính AO- Phơng pháp obitan phân tử) Nguyên tắc: Mở rộng hàm sóng cho phân tử Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học 1.Những giả thiết phơng pháp MO-LCAO - Coi electron chuyển động trờng gây hạt nhân tất electron lại, đợc gọi trờng tự hợp (khác với trờng nguyên tử, trờng không đối xứng cầu) - Trạng thái electron đợc mô tả hàm sóng hay gọi obitan phân tử MO - Các electron lớp nguyên tử không thuộc toàn phân tử mà thuộc nguyên tử mà thôi, nên không tạo thành MO, có nghĩa có electron hoá trị tham gia tạo thành MO Bài toán đa giải phơng trình Shrodinger có dạng: H = E Trong H toán tử Hamilton, E giá trị riêng lợng, - hàm sóng mô tả trạng thái 1e phân tử Giải phơng trình tìm đợc lợng e phân tử (E) hàm sóng tơng ứng Sau xây dựng giản đồ lợng viết cấu hình e phân tử: Việc phân bố e vào MO giống hệt nh quy luật phân bố e vào AO, tức tuân theo nguyên lý vững bền, nguyên lý loại trừ Pauli quy tắc Hund Nội dung tạo thành MO phơng pháp LCAO( Phơng pháp tổ hợp tuyến tính AO) Theo phơng pháp MO đợc xác định phơng pháp tổ hợp tuyến tính AO nguyên tử dựa giả thuyết sau đây: Xét phân tử gồm hai nguyên tử 2: Khi electron chuyển động gần nguyên tử chịu tác dụng chủ yếu nguyên tử 1, obitan phân tử có dạng tơng tự nh AO nguyên tử nhng chịu nhiễu loạn gây nguyên tử nên phải có hệ số bổ sung vào biểu thức xác định MO Khi electron chuyển động gần nguyên tử chịu tác dụng chủ yếu nguyên tử 2, obitan phân tử có dạng tơng tự nh AO nguyên tử đồng thời chịu nhiễu loạn gây nguyên tử Từ thấy hàm tốt để mô tả trạng thái electron phân tử tổ hợp tuyến tính AO: = C1 + C2 Đa = C1 + C2 vào phơng trình Schrodinger, giải ta tìm đợc lợng E tơng ứng Ví dụ: Xét trờng hợp đơn giản ion H2+ Hệ gồm hai hạt nhân giống hệt AO hoá trị nguyên tử 1s đợc đặc trng hàm sóng 1, AO hoá trị nguyên tử 1s đợc đặc trng hàm sóng Khi = C1 + C2 hàm mô tả trạng thái electron phân tử H2+ Thay biểu thức vào phơng trình Schrodinger, giải phơng trình xác định đợc biểu thức MO - MO thứ + = (1 + ) với lợng tơng ứng E+, lợng thấp lợng AO - MO thứ hai = (1 ) với lợng tơng ứng E-, lợng cao lợng AO Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học + MO liên kết s; - MO phản liên kết MO*, s* Sự tổ hợp AO thành MO thờng đợc biểu diễn dới dạng giản đồ lợng s* Eb 1s 1s a E+ AOH MO AOH s H2+ có 1e đợc điền vào s Điều có nghĩa tạo thành ion H2+ lợng đ giảm xuống giá trị a, nghĩa hệ H2+ bền hệ H H+ riêng biệt Cấu hình electron H2+: s1 Tính bậc liên kết: = NN* Trong đó: r - Bậc liên kết hay độ bội liên kết N - số electron MO liên kết N* - số electron MO phản liên kết = N N * = = 1/ 2 ion H2+ có tồn Giản đồ lợng MO phân tử H2 là: s2 => Đối với phân tử He2: s2s*2 => = = 20 =1 22 = =>phân tử He2 không tồn Nh vậy, phơng pháp MO giải thích đợc tồn ion H2+ nhiều phân tử khác Từ phơng pháp MO-LCAO nAO tổ hợp với phơng pháp tổ hợp tuyến tính thu đợc n MO, tạo thành phân tử A2 có: n/2MO liên kết có lợng thấp lợng AO đem tổ hợp n/2 MO phản liên kết (MO*) có lợng cao lợng AO đem tổ hợp Cách khảo sát cấu trúc phân tử theo phơng pháp MO * Điều kiện để AO có khả tổ hợp với là: - Các AO tham gia tổ hợp với phải có lợng xấp xỉ - Các AO tham gia tổ hợp phải xen phủ rõ rệt cần xét tổ hợp AO hoá trị lớp - Các AO tham gia tổ hợp hai nguyên tử phải có tính đối xứng giống trục liên kết * Phân loại MO: Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học Dựa vào tính đối xứng MO hay tính đối xứng phần xen phủ AO hoá trị, phân loại MO nh sau: - MO: đợc tạo phần xen phủ AO có tính đối xứng trục ns(1) + ns(2) s s* npz(1) + npz(2) z z* npz(1) + ns(2) * ns(1) + npz(2) * - MO: đợc tạo phần xen phủ nói có mặt cắt chứa trục nối hai hạt nhân npx(1) + npx(2) x x* npy(1) + npy(2) y y* * Vẽ giản đồ lợng MO: - Các AO tổ hợp có lợng thấp mức lợng MO thu đợc thấp - Khi hai AO tham gia tổ hợp xen phủ mạnh tách mức lợng lớn, nghĩa chênh lệch MO liên kết MO phản liên kết lớn * Tính số electron hoá trị phân tử xếp electron vào MO theo quy tắc sau đây: - Nguyên lý Pauly: Mỗi MO xếp tối đa 2e - Nguyên lý vững bền: Các electron đợc xếp lần lợt vào MO có lợng từ thấp đến cao - Quy tắc Hund: Nếu có nMO có mức lợng electron có khuynh hớng chiếm vào MO cho số electron độc thân lớn * Xác định đặc trng phân tử - Tính bậc liên kết: = NN* Trong đó: - Bậc liên kết hay độ bội liên kết N - số electron MO liên kết N* - số electron MO phản liên kết Từ bậc liên kết suy độ bền liên kết độ dài liên kết lớn liên kết bền độ dài liên kết ngắn ngợc lại = không tạo liên kết - Xác định từ tính phân tử: Khi phân tử có electron độc thân phân tử bị từ trờng hút chất đợc gọi chất thuận từ Khi số electron độc thân lớn tính thuận từ mạnh Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học Nếu phân tử electron độc thân chất bị từ trờng đẩy chất đợc gọi chất nghịch từ Khảo sát số phân tử A2 theo phơng pháp MO (A thuộc chu kỳ II) a Tìm MO Nguyên tố A có 4AO hoá trị 2s, 2px, 2py, 2pz, phân lớp không tham gia tổ hợp Các AO có tính đối xứng giống tổ hợp lại với tạo nên MO tơng ứng nh sau: AO(2s) + AO(2s) MOs MOs* 2px + 2px x x* 2py + 2py y y* z z* 2pz + 2pz b Vẽ giản đồ lợng MO z* 2p 2p x*y* * x y z s* 2s A 2s s B Ngoài ra, viết dới dạng d y thứ tự mức lợng từ thấp đến cao nh sau: (KK) s s*z x=y x*=y*z* (d y 1) Bằng thực nghiệm chứng tỏ d y nguyên tố cuối chu kỳ: O2 F2 Ne2 Còn nguyên tố đầu chu kỳ từ Li2 đến N2 tuân theo d y 2: (KK) s s* x=y z x*=y*z* (d y 2) Điều đợc giải thích đẩy mức lợng s* z, nguyên tố đầu chu kỳ mức lợng AO2s AO2p xấp xỉ c Sắp xếp electron hoá trị phân tử vào MO theo nguyên lý thích hợp Phân tử Số electron hoá trị Cấu hình electron Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học Li2 (Z=3) Be2 (Z=4) B2(Z=5) C2(Z=6) N2(Z=7) O2(Z=8) F2(Z=9) 10 12 14 (KK) s2 (KK) s2s*2 (KK) s2s*2 x1=y1 (KK) s2s*2 x2=y2 (KK) s2s*2 x2=y2 z2 (KK) s2s*2 z2 x2=y2 x*1=y*1 (KK) s2s*2 z2 x2=y2 x*2=y*2 1 Các phân tử không đối xứng AB (B >A) * Nguyên tắc: Phân tử đợc cấu tạo hai nguyên tử khác nhau, ví dụ: CO, NO, CN- Cũng chọn AO tham gia tổ hợp tạo thành MO phân tử theo nguyên tắc trên, nhng ý đến mức lợng AO Các AO tham gia tổ hợp phải có mức lợng xấp xỉ Nếu hai nguyên tử A B mà độ âm điện B lớn độ âm điện A mức lợng AO B thấp mức lợng AO tơng ứng A nên MO liên kết thu đợc nằm gần mức lợng AO B, MO phản liên kết thu đợc nằm gần mức lợng AO A Nói chung phân tử AB chu kì có d y lợng MO tơng tự phân tử A2 đầu chu kì Ví dụ 1: Viết cấu hình electron phân tử CO 2s(C) + 2s(O) s s* 2px(C) + 2px(O) x x* 2py(C) + 2py(O) y y* 2pz(C) + 2pz(O) z z* Tổng electron hoá trị 10: (KK) s2s*2 x2=y2 z2 = 82 =3 Tơng tự khảo sát phân tử CN, CN-, NO NO+ Ví dụ 2: Phân tử HF Tham gia tổ hợp tạo MO gồm AO(1s) H 2pz F tạo thành MO MO* tính đối xứng giống Ngoài ra, nguyên tử F có obitan hoá trị 2px 2py obitan tơng ứng nguyên tử H để tổ hợp Các AO định chỗ nguyên tử F có mức lợng nh nguyên tử, phân tử chúng đợc gọi MO không liên kết * 2px 2py 2pz Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học Cấu hình e: HF s2nx2=ny2 = 20 =1 Ghi chú: - Kết thu đợc phù hợp với phơng pháp cặp electron liên kết - Tuy nhiên có u điểm so với phơng pháp cặp electron liên kết giải thích đợc tồn liên kết có độ bội thập phân ví dụ nh F2+, H2+, O2+, O2- - Giải thích đợc tính thuận từ nghịch từ nhiều phân tử Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học B- Cấu tạo phân tử I Độ phân cực phân tử: Phân tử có cực không cực Phân tử không phân cực phân tử có cấu tạo hoàn toàn đối xứng nên trọng tâm điện tích (+) trọng tâm điện tích (-) phân tử trùng lên Ví dụ: Phân tử gồm hai nguyên tử giống nh H2, O2, N2, phân tử có cấu tạo đối xứng nh CH4, BF3, BF4- Phân tử có cực phân tử có cấu tạo không đối xứng, trọng tâm điện tích (+) trọng tâm điện tích (-) không trùng Ví dụ: Phân tử HCl, HF, H2O, NH3 2.Mô men lỡng cực phân tử () Mỗi phân tử có cực lỡng cực điện gồm hai điện tích ngợc dấu (+q) (-q) đặt cách khoảng l q q - + Để đánh giá độ phân cực phân tử ngời ta đa đại lợng momen lỡng cực = q.l (C.m) hay (D : debye), 1D = 3,33.10-30 Cm Trong đó: q giá trị tuyệt đối điện tích , C (Coulomb) l độ dài lỡng cực, m Momen lỡng cực đại lợng có hớng Ngời ta quy ớc chiều hớng từ trọng tâm điện tích (+) đến trọng tâm điện tích (-) Momen lỡng cực đặc trng cho độ phân cực phân tử: lớn phân tử phân cực: phân tử cộng hoá trị có khoảng từ đến 4D, phân tử ion có khoảng từ - 11D Mômen lỡng cực phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh: chênh lệch độ âm điện nguyên tử tham gia liên kết, tính đối xứng phân tử, cặp electron tự Ví dụ: + Phân tử HCl có = 1,04D, phân tử HI có = 0,44D + Phân tử CO2 có cấu trúc thẳng: O C O có tổng=0, liên kết C=O phân cực mạnh nhng phân tử CO2 không phân cực =0 Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học Ví dụ: Hai phân tử NH3 NF3 có cấu tạo tháp tam giác, độ phân cực hai phân tử phải nhng thực tế NH3 = 1,46D NF3 = 0,2D, điều đợc giải thích nh sau: ă ă F F H + + + NF3 N H H = N NH = F + + Trong phân tử NH3 momen lỡng cực cặp electron tự chiều với momen lỡng cực mối liên kết N-H tổng momen lỡng cực phân tử lớn Còn phân tử NF3 hớng cặp electron tự ngợc chiều với mối liên kết N-F tổng phân tử NF3 nhỏ Sự phân cực hoá phân tử Dới tác dụng điện trờng phân tử bị biến dạng thay đổi cấu trúc, momen lỡng cực phân tử bị thay đổi Đó tợng phân cực hoá phân tử * Hiện tợng phân cực hoá phân tử Dới tác dụng điện trờng gây hai tụ điện, phân tử có cực đợc xếp lại theo phơng điện trờng, phân cực định hớng - - + - + + + - + + + + + + - + - + - + + - Mặt khác, momen lỡng cực bị kéo dài làm tăng trị số momen lỡng cực phân tử, phân cực biến dạng Đối với phân tử không cực: Khi đặt điện trờng hai tụ điện mây electron bị hút (+) tụ điện, hạt nhân bị hút phía (-), kết phân tử xuất momen lỡng cực cảm ứng, tợng phân cực hoá cảm ứng Các mối liên kết yếu: Ngoài mối liên kết hoá học nh liên kết cộng hoá trị, liên kết ion có lợng cỡ vài trăm kJ/mol trở lên, gặp nhiều loại liên kết yếu có lợng cỡ vài chục kJ/mol liên kết hydro lực Van der Waals Các liên kết yếu có vai trò quan trọng trình chuyển trạng thái nh bay hơi, nóng chảy, chuyển dạng thù hình Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com ă Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học Liên kết hydro: Là liên kết phụ, nguyên tử H sau liên kết với nguyên tử X có độ âm điện lớn lại có khả liên kết phụ với nguyên tử khác có độ âm điện lớn * Cơ chế tạo liên kết hydro: nguyên tử H liên kết với nguyên tử X có độ âm điện lớn nh F, O, N cặp electron hoá trị bị lệch phía nguyên tử X, nguyên tử H lại hạt nhân tích điện dơng, có khả liên kết với nguyên tử khác có độ âm điện lớn liên kết đợc gọi liên kết hydro Ví dụ: H + F H + F * Năng lợng liên kết H cỡ 8- 40 kJ.mol-1 Năng lợng liên kết hydro lớn độ âm điện nguyên tố liên kết với lớn kích thớc nhỏ * ảnh hởng liên kết hydro: Năng lợng liên kết hydro nhỏ so với liên kết khác nên hầu nh ảnh hởng đến tích chất lý học chất nh nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy hay khả hoà tan chất Ví dụ: - Do liên kết hydro gây tợng liên hợp phân tử: (HF)n: n= 2-4; (H2O)n: n= 2-3 Do tợng liên hợp phân tử làm cho chất trở nên khó bay hơi, làm tăng nhiệt độ sôi, nhiệt độ bay HF có nhiệt độ sôi, nhiệt độ bay cao nhiều so với HCl, HBr, HI H2O có nhiệt độ sôi nhiệt độ bay cao nhiều so với H2S, H2Se, H2Te - Do liên kết H làm giảm khả điện ly nhiều chất: HF axit yếu, chất điện ly yếu HCl, HBr, HI axit mạnh - Gây bất thờng tỷ khối nớc: thông thờng nhiệt độ tăng tỷ khối chất giảm xuống, nhng nớc t < 4oC tỷ khối nớc tăng theo nhiệt độ đạt giá trị cực đại 4oC sau tỷ khối lại giảm dần theo nhiệt độ Lực phân tử: Thực nghiệm cho thấy, phân tử chất (kể phần tử không phân cực) tồn lực tơng tác, gọi lực Van der Waals Lực Vander Waals giữ vai trò quan trọng trình chuyển trạng thái tập hợp Bản chất lực Van der Waals gồm có ba loại lực sau: * Lực định hớng: Tồn phân tử phân cực Các phân tử phân cực hút lẫn điện tích ngợc dấu lỡng cực phân tử, phân tử định hớng với theo hớng xác định lớn lực định hớng lớn Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học * Lực cảm ứng: Xuất phân tử có cực không cực Khi phân tử không cực tiến gần đến phân tử có cực dới tác dụng điện trờng gây phân tử phân cực phân tử không cực bị cảm ứng điện tạo thành lỡng cực cảm ứng * Lực khuếch tán: Do chuyển động không ngừng electron chuyển động dao động hạt nhân gây nên bất đối xứng tạm thời phân bố trọng tâm điện tích (+) điện tích (-) tạo nên momen lỡng cực tạm thời phân tử Lỡng cực tạm thời xuất hiện, triệt tiêu, đổi dấu.Sự xuất lỡng cực xảy cách nhịp nhàng tạo thành lực hút thờng xuyên gọi lực khuếch tán * Đặc điểm lực Van der Waals Không có tính chọn b o hoà Năng lợng nhỏ 40 kJ/mol-1 Lực Van der waals lớn phân tử có momen lỡng cực lớn, có kích thớc khối lợng lớn Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com [...]... theo thuyết cấu tạo hiện đại Ngày nay, dứới ánh sáng của thuyết cấu tạo nguyên tử, định luật tuần hoàn và HTTH là hệ quả tự nhiên của các quy luật tuần hoàn trong cấu tạo vỏ e của các nguyên tử 1 Định luật tuần hoàn: Tính chất của các nguyên tố và hợp chất của chúng biến thiên tuần hoàn theo chiều tăng của điện tích hạt nhân Tính tuần hoàn đólà do sự biến đổi tuần hoàn trong cấu tạo của các nguyên tử... => Tính chất nguyên tố và hợp chất của chúng do điện tích hạt nhân quyết định 2 Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học Để thể hiện đợc tính tuần hoàn trong cấu tạo nguyên tử và tính chất cảu các nguyên tố -> xếp các nguyên tố thành HTTH theo nguyên tắc sau: * Nguyên tắc xếp: - Xếp theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân - Đảm bảo tính tuần hoàn về cấu hình e nguyên tử của các nguyên tử + Các nguyên... d,f + Các nguyên tố nhóm IA, IIA là các nguyên tố s + Các nguyên tố nhóm IIIA->VIIIA là các nguyên tố p + Các nguyên tố nhóm B là các nguyên tố d (riêng nhóm IIIB có cả nguyên tố f) + Các nguyên tố f mà sự điền e cuối cùng vào nguyên tử xảy ra ở 4f -> gọi là các nguyên tố lantanoit hoặc các nguyên tố họ lantan, còn các nguyên tố f mà sự điền e cuối cùng ở 5f -> các nguyên tố Actinoit (họ actini) 3... của các nguyên tố nhóm VIIA (trừ F), VIIB là +7 IV Mối liên hệ giữa cấu tạo nguyên tử với vị trí và tính chất của các nguyên tố trong bảng tuần hoàn 1 Biết cấu tạo vỏ electron suy ra vị trí và tính chất Ví dụ 1: Nguyên tố có Z = 22 Biết Z viết cấu hình electron: 1s22s22p63s23p63d24s2 - Lớp ngoài cùng có n= 4 nên nguyên tố ở chu kỳ 4 - Các electron cuối cùng đang đợc điền ở phân lớp d nên là nguyên tố... ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học Ví dụ: ở chu kỳ II hiệu quả lai hoá của các AO(2s) và AO(2p) đối với các nguyên tử ở đầu chu kỳ nh Be, B, C rất tốt Đối với nguyên tố Be có lai hoá sp và góc giữa các AO lai là 180o, đối với B có lai hoá sp2 và góc giữa các AO lai là 120o, đối với C có lai hoá sp3 và góc giữa các AO lai là 109o28 ! Năng lợng của các AO tham gia lai hoá phải thấp Do đó các AO... sự tổ hợp của các AO hoá trị lớp ngoài cùng - Các AO tham gia tổ hợp của hai nguyên tử phải có tính đối xứng giống nhau đối với trục liên kết * Phân loại các MO: Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học Dựa vào tính đối xứng của các MO hay tính đối xứng của phần xen phủ giữa các AO hoá trị, phân loại các MO nh sau: - MO: đợc tạo ra khi phần... tối đa các electron có khuynh hớng phân bố đều vào các ô lợng tử sao cho số electron độc thân với spin song song là cực đại * Quy luật phân bố các e trong nguyên tử: phải tuân theo nguyên lý Pauli, nguyên lý vững bền và quy tắc Hund 4 Cách viết cấu hình e của nguyên tử ở trạng thái cơ bản a Cấu hình dạng chữ: * Để viết cấu hình e dạng chữ cần biết: - Số e trong nguyên tử (bằng Z) - Thứ tự điền các electron... phân lớp p - 6e, phân lớp d - 10e, phân lớp f- 14e * Cách viết: - Viết dới dạng kí hiệu các phân lớp - Điền e theo thứ tự năng lợng tăng dần và các e ở mỗi phân lớp viết dới dạng số mũ ( tổng tất cả các số mũ ở các phân lớp = số e = Z) Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học VD: Viết cấu hình e nguyên tử của Mn (Z=25) ở dạng chữ Mn (Z=25)... thu đợc n MO, đối với sự tạo thành phân tử A2 sẽ có: n/2MO liên kết có năng lợng thấp hơn năng lợng của các AO đem tổ hợp và n/2 MO phản liên kết (MO*) có năng lợng cao hơn năng lợng của các AO đem tổ hợp 3 Cách khảo sát cấu trúc phân tử theo phơng pháp MO * Điều kiện để các AO có khả năng tổ hợp với nhau là: - Các AO tham gia tổ hợp với nhau phải có năng lợng xấp xỉ nhau - Các AO tham gia tổ hợp phải... gần bằng 5) thì 1 e ở ns sẽ chuyển sang (n-1)d để tạo thành các phân lớp bền Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội ngocthinhbk@yahoo.com Bài giảng môn Cơ sở lý thuyết Hoá học Chơng II Định luật tuần hoàn - Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học I Mở đầu Năm 1869, Mendeleep đ khám phá ra định luật tuần hòan : Tính chất của các nguyên tố và hợp chất của chúng biến thiên tuần hoàn theo chiều tăng