Chương III. LIÊN KẾT HÓA HỌC VÀ CẤU TẠO PHÂN TỬ

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ LIÊN KẾT HÓA HỌC
Lý thuyết về liên kết hóa học là một trong những vấn đề trung tâm của hóa học hiện đại vì có biết được bản chất tương tác giữa các tiểu phân, nghĩa là biết được liên kết hóa học tạo thành giữa các tiểu phân trong tương tác thì mới hiểu được những vấn đề cơ bản của hóa học như: tính đa dạng của vật chất, cơ chế tạo thành, thành phần, cấu tạo và khả năng phản ứng của chúng.
Bản chất liên kết: liên kết hóa học có bản chất điện vì cơ sở tạo thành liên kết là lực hút giữa các hạt mang điện (e, hạt nhân)





Trong các tương tác hóa học chỉ có các e của những phân lớp ngoài cùng: ns, np, (n - 1)d và (n - 2)f thực hiện liên kết: đó là các e hóa trị
Theo cơ học lượng tử, nghiên cứu liên kết là nghiên cứu sự phân bố mật độ e trong trường hạt nhân của các nguyên tử tạo nên nguyên tử.
Các loại liên kết
Liên kết nội phân tử
Liên kết ion: xuất hiện giữa kim loại điển hình (kim loại kiềm, kiềm thổ) và phi kim điển hình (F, O, Cl, Br, I). (( > 1,7
Liên kết cộng hóa trị: xuất hiện giữa các phi kim với nhau hoặc giữa kim loại và phi kim, (( < 1,7
Liên kết kim loại: xuất hiện giữa các kim loại với nhau (hợp kim)
Liên kết liên phân tử
Liên kết hydro
Liên kết Van Der Waals
Một số đặc trưng của liên kết
Độ dài liên kết (d, Å): là khoảng cách giữa hai hạt nhân của các nguyên tử tương tác
Độ dài liên kết thay đổi phụ thuộc vào:
kiểu liên kết
trạng thái hóa trị của các nguyên tố tương tác
độ bền hợp chất …
Góc hóa trị: là góc tạo bởi hai đoạn thẳng tưởng tượng nối hạt nhân nguyên tử trung tâm với hai hạt nhân nguyên tử liên kết
Góc hóa trị phụ thuộc vào:
bản chất nguyên tử tương tác
kiểu hợp chất
dạng hình học phân tử (cấu hình không gian của phân tử)
Bậc liên kết: là số liên kết tạo thành giữa hai nguyên tử tương tác
Năng lượng liên kết, đặc trưng cho độ bền liên kết: là năng lượng cần tiêu tốn để phá hủy liên kết
Năng lượng liên kết phụ thuộc vào:
độ dài
độ bội
độ bền liên kết

LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ THEO CƠ HỌC LƯỢNG TỬ
Vì việc giải chính xác phương trình sóng đối với hệ phân tử không thực hiện được nên để khảo sát liên kết cộng hóa trị người ta đưa ra nhiều phương pháp giải gần đúng khác nhau, trong đó có hai phương pháp được phổ biến rộng rãi là phương pháp liên kết hóa trị (VB) của Heitler – London và phương pháp orbital phân tử (MO) của Mullinken – Hund.
1. Phương pháp orbital phân tử (Molcular Orbital)
Quan niệm của phương pháp MO
Thuyết MO quan niệm phân tử giống như một nguyên tử phức tạp đa nhân. Các e chuyển động quanh các nhạt nhân.
Phương pháp MO tìm cách mô tả sự chuyển động của từng e riêng biệt
Xét ion phân tử

Ở một thời điểm bất kỳ các hạt nhân và e có vị trí tương đối như vậy:







Phương trình sóng Schrodinger:


Thế năng V:

Để xác định hàm sóng
, Mulliken và Hund tìm cách mô tả sự chuyển động của từng electron trong phân tử:
Khi electron nằm gần hạt nhân a hơn, coi như electron chỉ bị a hút. Lúc đó sự chuyển động của e được mô tả bằng hàm sóng của nguyên tử Ha:

Khi electron nằm gần hạt nhân b hơn, coi như electron chỉ bị b hút. Lúc đó sự chuyển động của e được mô tả bằng hàm sóng của nguyên tử Hb:

→ Một cách gần đúng: hàm sóng Ψ của ion phân tử
:

Thế
vào phương trình sóng . Giải phương trình được 2 đáp số: c1 = c2 = CS
c1 = - c2 = CA
→ Có 2 hàm sóng đặc trưng cho sự chuyển động của các e trong ion phân tử
:

- hàm đối xứng

- hàm bất đối xứng
Về phương diện vật lý:
ΨS – tương ứng với trường hợp mật độ electron tăng lên trong vùng không gian giữa hai hạt nhân và phần lớn đám mây electron tập trung giữa hai hạt nhân → lực hút xuất hiện → liên kết hình thành