Chuyên đề luyện thi THPT Quốc gia môn Hóa học Lớp 12: Thuyết VB - Thuyết MO

Nội dung text: Chuyên đề luyện thi THPT Quốc gia môn Hóa học Lớp 12: Thuyết VB - Thuyết MO

1. THUYÃÚT VB - THUYÃÚT MO I. Thuyãút liãn kãút hoïa trë ( VB: valence bond ) Nhæîng luáûn âiãøm cå baín cuía thuyãút VB: 1) Trong sæû hçnh thaình phán tæí tæì hai nguyãn tæí, cáúu taûo electron cuía nguyãn tæí váùn âæåüc coi laì baío toaìn vãö cå baín, tæïc laì caïc electron trong phán tæí váùn âënh cæ trãn caïc AO. Tuy nhiãn, khi hai AO cuía hai nguyãn tæí xen phuí nhau tao liãn kãút hoïa hoüc thç åí vuìng xen phuí, electron khäng thuäüc AO riãng leí naìo maì chung cho caí hai nguyãn tæí . Vê duû sæû hçnh thaình phán tæí HCl: 1 AO 3p cuía Cl xen phuí våïi 1 AO 1s cuía H taûo thaình liãn kãút hoaï hoüc. Caïc AO coìn laûi cuía Cl nhæ 1s, 2s coi nhæ váùn âæåüc baío toaìn, khäng tham gia vaìo liãn kãút. 2) Liãn kãút âæåüc hçnh thaình laì do sæû gheïp âäi cuía hai electron coï spin traïi dáúu (âäúi song) cuía hai nguyãn tæí liãn kãút, ngæåìi ta noïi åí âáy coï sæû xen phuí hai AO. Nhæ váûy, mäüt nguyãn tæí coï n electron âäüc thán thç coï khaí nàng tham gia hçnh thaình n liãn kãút vaì coï hoïa trë n. Låïp ngoaìi cuìng cuía caïc nguyãn tæí caïc nguyãn täú thuäüc chu kyì hai coï 4 obitan vç váûy caïc nguyãn täú naìy khäng thãø coï cäüng hoïa trë låïn hån 4. Âäúi våïi caïc nguyãn täú chuyãøn tiãúp, khaí nàng hoïa trë cuía caïc nguyãn tæí cuía chuïng laì ráút phong phuï. ÅÍ âáy, sæû gáön nhau cuía caïc mæïc nàng læåüng ns, np vaì (n-1)d cho pheïp electron cuía caí chên obitan (s, p, d) tham gia taûo thaình caïc liãn kãút hoaï hoüc. Vê duû, nguyãn tæí rutenni coï 8 electron hoïa trë (d6s2) coï thãø hçnh thaình 8 liãn kãút cäüng hoïa trë våïi 4 nguyãn tæí oxi chàóng haûn vaì mäüt liãn kãút cho - nháûn bàòng mäüt obitan tæû do: [RuO4.P(C2H5)3] 3) Thuyãút hoïa trë âënh hæåïng: Liãn kãút cäüng hoïa trë caìng bãön khi mæïc âäü xen phuí caïc obitan caìng låïn. Liãn kãút cäüng hoïa trë âæåüc phán bäú theo nhæîng phæång sao cho sæû xen phuí cuía caïc obitan laì låïn nháút. * Sæû lai hoïa caïc AO:laì sæû täø håüp caïc AO thaình nhæîng obitan måïi coï nàng læåüng, hçnh daûng vaì kêch thæåïc giäúng nhau. Säú obitan lai hoïa bàòng täøng säú obitan tham gia täø håüp (lai hoïa). Caïc obitan tham gia lai hoïa phaíi coï nàng læåüng khaïc nhau khäng nhiãöu. Thuyãút lai hoïa âeí giaíi thêch sæû âënh hæåïng cuîng nhæ âäü bãön cuía liãn kãút åí nhiãöu håüp cháút hæîu cå vaì vä cå (âàûc biãût laì phæïc cháút). Thuyãút lai hoïa coï tênh cháút giaíi thêch hån laì tiãn âoaïn hçnh hoüc phán tæí . Vê duû phán tæí coï cäng thæïc AB4, thuyãút lai hoïa khäng noïi lãn træåïc âæåüc khi naìo laì lai hoïa sp3 (tæï diãûn), khi naìo laì lai hoïa sp2d (vuäng phàóng). 2- 2- Vê duû: Phæïc [NiCl4] coï cáúu taûo tæï diãûn coìn phæïc [Ni(CN)4] coï cáúu taûo vuäng phàóng. 4) Liãn kãút cäüng hoïa trë cho nháûn (liãn kãút phäúi trê) A B âæåüc hçnh thaình do sæû xen phuí giæîa mäüt obitan hoïa trë cuía A coï càûp electron khäng phán chia våïi mäüt obitan hoïa trë träúng cuía nguyãn tæí B. II.Mä hçnh sæïc âáøy càûp electron hoïa trë (mä hçnh VSEPR: Valence shell electron pair repulsion). 1
2. Mä hçnh sæïc âáøy càûp electron hoïa trë cho pheïp xaïc âënh chênh xaïc caïc goïc liãn kãút trong nhæîng phán tæí coï âäúi xæïng cao vaì giaíi thêch mäüt caïch âënh tênh caïc goïc liãn kãút trong caïc phán tæí êt âäúi xæïng. Mä hçnh naìy coï giaï trë træûc tiãúp âäúi våïi våïi nhæîng phán tæí loaûi ABn. ÅÍ âáy, ngæåìi ta chè chuï yï âãún nhæîng electron hoïa trë træûc tiãúp bao quanh nguyãn tæí trung tám A, nghéa laì nhæîng electron hoïa trë cuía nguyãn tæí naìy vaì nhæîng electron hoïa trë do phäúi tæí B âoïng goïp. Cå såí lyï thuyãút cuía mä hçnh naìy laì 3 tênh cháút âaûi cæång cuía electron: - Caïc electron âáye láùn nhau. - Caïc electron coï spin giäúng nhau khäng thãø åí trãn cuìng mäüt obitan (nguyãn lyï Pauli). - Màûc duì coï sæïc âáøy ténh âiãûn nhæng hai electron coï spin khaïc dáúu coï thãø åí trãn cuìng mäüt obitan. Trãn cå såí cuía 3 tênh cháút trãn, ngæåìi ta thæìa nháûn laì, våïi khuynh hæåïng phán bäú caïch xa nhau åí mæïc täúi âa, mäùi càûp electron ( liãn kãút cuîng nhæ khäng liãn kãút ) coï mäüt khäng gian khu truï xaïc âënh goi laì khäng gian khu truï electron. Âãø âån giaín hoïa, ta hçnh dung laì caïc càûp electron åí caïc âiãøm trung tám cuía caïc khäng gian khu truï electron, phán bäú trãn mäüt màût cáöu maì tám laì haût nhán nguyãn tæí trung tám. Tãn cå såí cuía mä hçnh trãn, caïc phäúi tæí B vaì caïc càûp electron khäng liãn kãút E cuía nguyãn tæí trung tám A âæåüc phán bäú theo hæåïng cuía caïc trung tám khäng gian khu truï electron vaì do âoï, sæû phán bäú hçnh hoüc cuía caïc phäúi tæí âæåüc suy ra tæì sæû phán bäú caïc khäng gian khu truï electron hay sæû phán bäú caïc trung tám cuía chuïng. Sæû phán bäú hçnh hoüc cuía caïc phäúi tæí âæåüc toïm tàõt trong baíng II-3. Âäúi våïi yãu cáöu vãö caïc khäng gian khu truï, ta coï qui tàõc thæûc nghiãûm sau: Khäng gian 2 electron cho mäüt càûp electron tæû do > Khäng gian 4 electron cho liãn kãút âäi > Khäng gian 2 electron cho liãn kãút âån. III.Thuyãút obitan phán tæí ( MO : molecular orbital ) III.1.Nhæîng luáûn âiãøm cå baín cuía thuyãút MO: 1) Trong phán tæí, tênh caï thãø (âäüc láûp) cuíacaïc nguyãn tæí khäng coìn täön taûi. Phán tæí gäöm coï mäüt säú giåïi haûn caïc haût nhán nguyãn tæí vaì caïc electron. Caïc electron (chuí yãúu laì caïc electron hoïa trë) phán bäú trãn caïc obitan chung cuía phán tæí. 2) Trong phán tæí täön taûi nhæîng traûng thaïi riãng cho caïc electron, traûng thaïi âoï âæåüc xaïc âënh båíi mäüt haìm khäng gian goüi laì obitan phán tæí (MO). Mäùi MO tæång æïng våïi mäüt mæïc nàng læåüng xaïc âënh. 3) Trong phán tæí, sæû phán bäú caïc electron trãn caïc MO cuîng tuán theo nguyãn lyï væîng bãön, nguyãn lyï Pauli vaì qui tàõc Hund, tæì âoï ta coï cáúu hçnh electron cuía phán tæí. 4) Caïc AO chuí yãúu âæåüc sæí duûng trong viãûc thaình láûp caïc MO phaíi maîn caïc âiãöu kiãûn sau: - Coï nàng læåüng xáúp xè nhau. - Coï tênh âäúi xæïng giäúng nhau âäúi våïi truûc liãn kãút (hay coï mæïc âäü xen phuí roî rãût). 2
3. III.2. MO liãn kãút vaì MO phaín liãn kãút 1) MO liãn kãút : coï sæû táûp trung máût âäü xaïc suáút coï màût cuía electron åí khoaíng giæîa hai haût nhán. Electron coï taïc duûng liãn kãút hai haût nhán vaì khi åí traûng thaïi naìy, electron coï nàng læåüng tháúp hån khi åí traûng thaïi nguyãn tæí. 2) MO phaín liãn kãút : Xaïc suáút coï màût cuía electron åí khoaíng giæîa hai haût nhán nhoí vaì åí traûng thaïi naìy, electron coï nàng læåüng cao hån åí traûng thaïi nguyãn tæí (âiãöu âoï coï nghéa traûng thaïi âoï keïm bãön hån traûng thaïi nguyãn tæí). * Chuï yï: Chè hai AO coï tênh âäúi xæïng giäúng nhau måïi coï khaí nàng xen phuí vaì taûo thaình 1 MO liãn kãút vaì 1 MO phaín liãn kãút. Âäúi våïi nhæîng AO khäng coï tênh âäúi xæïng giäúng nhau thç khäng coï sæû xen phuí. Khi âoï ta coï MO khäng liãn kãút. III.3. Thuyãút MO vaì phán tæí 2 nguyãn tæí 1) Phán tæí 2 nguyãn tæí âäöng haûch A2 a) Caïc phán tæí A2 thuäüc chu kyì 1: Giaín âäö phán tæí caïc MO nhæ sau: E AO MO AO 1s 1s Âãø coï sæû phuì håüp våïi lyï thuyãút kinh âiãøn, ngæåìi ta âæa ra khaïi niãûm säú liãn kãút (báûc liãn kãút hay âäü bäüi liãn kãút) N vaì âënh nghéa: N = (n - n* ) / 2 trong âoï, n : säú electron trãn MO liãn kãút (säú electron liãn kãút). n* : säú electron trãn MO phaín liãn kãút (säú electron phaín liãn kãút). Dæûa vaìo N, thuyãút MO cho pheïp âaïnh giaï vãö nàng læåüng liãn kãút vaì âäü daìi liãn kãút (Giæîa 2 nguyãn tæí , säú liãn kãút caìng låïn thç nàng læåüng liãn kãút caìng låïn vaì âäü daìi liãn kãút caìng nhoí). Thuyãút MO cuîng cho ta xaïc âënh âæåüc tæì tênh cuía phán tæí (thuáûn tæì khi coï electron âäüc thán, nghëch tæì khi caïc electron âãöu gheïp âäi). b) Caïc phán tæí A2 thuäüc chu kyì 2: Quang phäø nghiãûm cho biãút, âäúi våïi nguyãn tæí O, F vaì Ne, hiãûu nàng læåüng cuía obitan 2p vaì 2s khaï låïn, vç váûy ta chè täø håüp caïc obitan 2s riãng våïi nhau, caïc obitan 2p riãng våïi nhau. Âäúi våïi phán tæí O2 vaì F2, phäø phán tæí cho biãút caïc mæïc nàng læåüng cuía caïc MO coï thæï tæû nhæ hçnh veî (A). 3
4. Âäúi våïi caïc nguyãn tæí thuäüc âáöu chu kyì 2 (Li, Be, B, C, N), hiãûu hai mæïc nàng læåüng 2p vaì 2s tæång âäúi nhoí, vç váûy coï sæû täø håüp cuía táút caí caïc obitan 2s vaì 2pz. Thæï tæû caïc mæïc nàng læåüng cuía caïc MO nhæ hçnh veî (B). 4
5. 2) Phán tæí 2 nguyãn tæí dë haûch AB a) Giaín âäö nàng læåüng caïc MO cuía phán tæí AB (A, B cuìng thuäüc chu kyì 2, âäü ám âiãûn cuía A nhoí hån B): VD 1: BO, CN, CO+ (âãöu coï 9 electron hoïa trë). VD 2: CO, NO+, CN- (âãöu coï 10 electron hoïa trë). b) Giaín âäö nàng læåüng caïc MO cuía phán tæí HF: E H HF F 1s 2p 2s 5
6. BAÌI TÁÛP THUYÃÚT VB - THUYÃÚT MO + - Baìi 1: Coï caïc phán tæí vaì ion sau: SO2 , CO2 , OF2 , SO3 , H3O , BF4 , PCl5 vaì SF6. Haîy cho biãút caïc nguyãn tæí trung tám cuía chuïng coï kiãøu lai hoïa gç vaì cáúu taûo hçnh hoüc cuía chuïng. Baìi 2: Giaíi thêch taûi sao caïc phán tæí NH3 vaì NF3 âãöu coï cáúu truïc hçnh thaïp tam giaïc, âäü phán cæûc cuía caïc liãn kãút N-H vaì N-F gáön bàòng nhau, caïc goïc liãn kãút khaïc nhau êt (goïc o o HNH = 107 , goïc FNF = 102 ) nhæng momen læåîng cæûc cuía phán tæí NH3 låïn hån nhiãöu so våïi phán tæí NF3. + - 2- Baìi 3: Coï caïc phán tæí vaì ion sau: O2 , O2 , O2 , O2 . a) Viãút cáúu hçnh electron cuía chuïng theo thuyãút MO. b) Tênh säú liãn kãút trong mäùi træåìng håüp. c) So saïnh âäü bãön vaì âäü daìi liãn kãút giæîa chuïng. d) Cho biãút tênh cháút tæì cuía chuïng. + Baìi 4: Haîy giaíi thêch taûi sao khi F2 máút 1 electron thaình F2 thç âäü bãön liãn kãút tàng lãn, + coìn khi N2 chuyãøn thaình N2 thç âäü bãön liãn kãút laûi giaím xuäúng. 2+ + 2- Baìi 5: Coï thãø täön taûi caïc ion sau khäng, vç sao? B2 , Li2 , F2 . 6