Khái quát về phân tử và liên kết hóa học

hân benzen như dinitrobenzen, hoặc nitrophenol, ... nếu đo được momen lưỡng cực ta có thể biết 2 nhóm thế này đính vào ở vị trí nào đối với nhau trong nhân benzen (orto, meta, para). Ví dụ như diclobenzen nếu 0=µ thì 2 nhóm Cl ở vị trí para còn nếu đo được momen lưỡng cực lớn thì 2 nhóm Cl ở vị trí orto, còn nhỏ hơn thì 2 nhóm ở vị trí meta vì : * Ở para (Hình 7.4.1.1) : momen lưỡng cực →→→ µ+µ=µ 21 . Trong trường h * Ở orto (Hình 7.4.1.2) : trong trường hợp này 2 vectơ momen liên kết 1 → µ và → µ2 tạo với nhau một góc 600 và khi nó có trị tuyệt đối bằng nhau, thì vectơ momen lưỡng cực → µ ở trên đường phân giác của ∧ 21 µµ O và giá trị của momen lưỡng cực là : µ = 2OA = 2 1µ cos300 = 13 µ * Khi 2 nhóm thế ở vị trí meta (Hình 7.4.1.3), lúc ấy 2 vectơ → µ1 và → µ2 tạo với nhau một góc là 1200 và vì có cùng giá trị (cùng nguyên tử Cl) nên vectơ momen lưỡng cực tổng → µ nằm trên đường phân giác của góc ∧ µµ 21O nên giá trị của µ là : µ = 2OB = 2 1µ cos600 = 1µ 7.4.2. Tính chất quang học : Khi bức xạ điện từ tương tác với các phân tử, lúc ấy có thể xảy ra theo 2 cách là : trạng thái năng lượng của phân tử thay đổi hay không thay đổi phụ thuộc vào bức xạ chiếu đến. Khi có bức xạ thích hợp thì phân tử hấp thụ năng lượng ∆Ε để phân tử từ mức năng lượng E1 chuyển thành E2. E2 = E1 + ∆Ε 2µ 1µ Hình 7.4.1.1 A O 300 1µ µ 2µ Hình 7.4.1.2 O B 1µ µ 600 2µ Hình 7.4.1.3 Chương 7 : KHÁI QUÁT VỀ PHÂN TỬ VÀ LIÊN KẾT HÓA HỌC HOÁ ĐẠI CƯƠNG 1 53 Lượng năng lượng ∆Ε này sẽ làm thay đổi trạng thái của phân tử dưới các hình thức : làm cho phân tử quay, làm cho phân tử dao động (tịnh tiến) hoặc kích thích electron trong phân tử. Mỗi một hình thức đều hấp thụ một năng lượng riêng mà λν chh ==∆Ε . Điều đó có nghĩa, mỗi hình thức đòi hỏi một bức xạ điện từ có tần số ν nhất định (suy ra có λ nhất định). Các bức xạ này tương ứng với )10(10001: 7 0 mAmm −−λ . Các bước sóng này nằm trong vùng vi sóng, hồng ngoại, khả kiến và tử ngoại. - Ở miền vi sóng, hồng ngoại : có ν nhỏ nên năng lượng ∆ E nhỏ chỉ đủ để làm phân tử quay - quang phổ tương ứng là quang phổ quay. - Ở miền khả kiến : năng lượng tương ứng sẽ làm phân tử dao động - quang phổ tương ứng là quang phổ dao động. - Ở miền tử ngoại : λ nhỏ suy ra ν lớn nên năng lượng lớn hơn 2 miền kia mới đủ năng lượng để kích thích electron trong phân tử lên mức có năng lượng cao hơn - quang phổ tương ứng là quang phổ điện tử phân tử. 7.4.3. Từ tính : Một phân tử có thể có các từ tính : thuận từ, nghịch từ hay sắt từ. - Một phân tử có tính thuận từ khi phân tử bị hút bởi nam châm và người ta nhận thấy loại phân tử này có electron độc thân. Còn khi phân tử bị đẩy bởi từ trường ngoài - phân tử đó có tính nghịch từ - loại phân tử này có các electron đã ghép cặp hết. Còn tính sắt từ là tính thuận từ ở cường độ rất mạnh. Sở dĩ các phân tử có từ tính như vậy là do phân tử có momen từ vĩnh cửu hay không. - Monmen từ vĩnh cửu có được chỉ khi phân tử có electron độc thân vì khi một hạt bất kỳ nào có mang điện tích, lúc đó hạt chuyển động sẽ sinh ra momen từ không phụ thuộc vào việc có từ trường ngoài hay không.
Electron mang điện tích âm, được spin hoá (chuyển động quay chung quanh nó) nên sinh ra momen từ spin sµ : )()1( Bs ssg µµ += với g : Tỷ số từ quay 2 momengoïc momentæì ≈= ; Bµ : Đơn vị từ tính gọi là Magneton Bohr với mc eh B 2 =µ (e : điện tích electron ; h : hằng số Planck ; m : khối lượng electron ; c : vận tốc ánh sáng). Thí dụ : với 1 electron có : Bµµ 73,1)12 1( 2 12 =+=
Electron khi chuyển động trên orbital sẽ gây ra momen từ orbital lµ . Kết quả của 2 momen từ này gây ra từ tính của chất (có electron độc thân) và có ls µ+µ=µ . Nhưng thường sl µ<<µ . - Thuận từ : Khi một chất đã có momen từ vĩnh cửu dưới tác dụng của từ trường ngoài thì momen từ vĩnh cửu sẽ định hướng theo từ trường ngoài - Vì vậy nó bị hút bởi nam châm. - Nghịch từ : Khi phân tử không có electron độc thân thì phân tử không có momen từ lúc không có từ trường ngoài. Khi có từ trường ngoài tác dụng lên phân tử, thì phân tử sẽ sinh ra một momen từ cảm ứng ngược chiều với từ trường ngoài. Momen từ cảm ứng này chỉ do momen từ orbital gây ra - nên momen cảm ứng rất nhỏ - còn momen spin thì không bị ảnh Chương 7 : KHÁI QUÁT VỀ PHÂN TỬ VÀ LIÊN KẾT HÓA HỌC HOÁ ĐẠI CƯƠNG 1 54 hưởng do nó đã ghép cặp nên đã bù trừ lẫn nhau. Do momen từ cảm ứng ngược chiều với từ trường nên bị đẩy bởi từ trường ngoài - gọi là nghịch từ. 7.5.SỰ PHÂN CỰC CỦA LIÊN KẾT CỘNG HOÁ TRỊ : Nếu phân tử được tạo bởi 2 nguyên tử đồng nhân thì đôi electron dùng chung sẽ nằm giữa 2 nguyên tử một cách đối xứng - ta nói liên kết cộng hoá trị không cực. Còn khi liên kết giữa những nguyên tử của các nguyên tố khác nhau, ít nhiều đều luôn có cực, ta nói liên kết cộng hoá trị có cực - Đó là do sự khác nhau về kích thước và độ âm điện của các nguyên tử. Ví dụ như trong HCl thì H bị phân cực dương + δ còn Cl bị phân cực âm - δ lượng δ này gọi là điện tích hiệu dụng δ < 1. Thước đo độ phân cực này gọi là momen lưỡng cực . Nếu nguyên tử clo trong phân tử HCl lấy hoàn toàn đôi điện tử dùng chung, nó trở thành Cl-, ngược lại H trở thành H+ - lúc ấy điện tích hiện dụng bằng điện tích của điện tử. Và độ dài liên kết H-Cl là 1,275 0 A nên D11,6275,1.8,4 ==µ . Nhưng thực nghiệm cho biết HCl có 03,1tn =µ D, vì vậy % ion của liên kết %17100. == µ µtn có nghĩa trong phân tử HCl có khoảng 17% tính ion của liên kết. Dễ dàng thấy rằng sự phân cực của liên kết càng lớn khi µ càng lớn mà dδµ = (Xem 7.4.1.). Vậy sự phân cực rõ ràng phụ thuộc vào khoảng cách và độ âm điện của 2 nguyên tử - chính xác hơn là phụ thuộc vào khoảng cách và sự chênh lệch độ âm điện của 2 nguyên tử tạo liên kết. - Độ phân cực để giải thích một số tính chất của phân tử như :
Tính hoà tan : Chất tan phân cực sẽ dễ tan trong dung môi phân cực và chất tan không phân cực sẽ tan trong dung môi không phân cực.
So sánh độ bền của phân tử.
So sánh tính axit, bazơ, ... BÀI TẬP 1) Xác định các ion tạo thành từ nguyên tử Calci và oxi. Chúng có cấu hình electron của khí hiếm nào ? Viết công thức của hợp chất ion tạo thành giữa Calci và oxi. Chương 7 : KHÁI QUÁT VỀ PHÂN TỬ VÀ LIÊN KẾT HÓA HỌC HOÁ ĐẠI CƯƠNG 1 55 2) Xét 2 nguyên tử M (Z = 20) và X (Z = 17). a) Viết cấu hình electron của M và X. b) Cho biết khuynh hướng ion hoá của M và X. c) Cho biết công thức hoá chất tạo thành giữa M và X. d) Hợp chất này có đặc tính cộng hoá trị hay ion ? Dự đoán trạng thái hoá chất ở nhiệt độ thường. Chất này có hoà tan trong nước không ? Chất này có hoà tan trong alcol không ? 3) Xét Mn có Z = 25. a) Viết công thức electron của Mn, qua đó cho biết vị trí của nó trong HTTH. b) Nguyên tố Mn thuộc loại nguyên tố gì ? c) Cho biết 1 hoá trị bền của Mn và giải thích các hợp chất có hoá trị khác như 7, 6, 4 sẽ có đặc tính gì ? 4) Xét Fe (Z = 26). a) Viết cơ cấu electron của Fe, vị trí trong HTTH b) Cho biết hai hoá trị thường thấy của Fe. Hoá trị nào khá bền ? c) Nước thiên nhiên (ao, hồ, sông, giếng…) để lâu thấy có lớp màu nâu hay đỏ lắng xuống đáy bình. Giải thích. 5) Viết công thức Lewis của : CO2, SO2, H2O, SO3, H2SO4, H3PO4, PO43 -, CH3NCS, HClO4, Pb3O4, Fe3O4, Na2SO4, Na2S2O3. 6) Acetilen là 1 phân tử thẳng hàng. Viết công thức Lewis của acetilen. So sánh bề dài liên kết C-C trong acetilen và etilen. Acetilen là phân tử phân cực hay không phân cực ? So sánh độ hoà tan của acetilen trong nước và trong benzen. 7) Viết công thức Lewis của PF3O. Giải thích tại sao có PF5 mà không có NF5. 8) Hãy cho biết thế nào là một lưỡng cực, momen lưỡng cực. Cho biết chiều của vectơ momen lưỡng cực.