skkn hÓa hỌc - hệ thống lý thuyết và bài tập về cấu tạo nguyên tử và liên...

8/20/2019 SKKN HÓA HỌC - Hệ thống lý thuyết và bài tập về cấu tạo nguyên tử và liên kết hóa học trong chương trình THPT

1/72

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAITRƯỜ NG THPT NGÔ QUYỀN.

Mã số: ................................(Do H ĐKH S ở GD& ĐT ghi)

HỆ THỐNG LÝ THUYẾT VÀ BÀI

TẬP VỀ CẤU TẠO NGUYÊN TỬ VÀ LIÊN KẾT HÓA HỌC TRONGCHƯƠ NG TRÌNH THPT

Ngườ i thực hiện: VÕ THỊ MAI HOÀNG

L ĩ nh vực nghiên cứu:

- Quản lý giáo dục

- Phươ ng pháp dạy học bộ môn: HÓA HỌC (Ghi rõ tên bộ môn)

- L ĩ nh vực khác: ....................................................... (Ghi rõ tên lĩ nh vự c)

Có đ ính kèm: Các sản phẩ m không thề hiện trong bản in SKKN Mô hình Phần mềm Phim ảnh Hiện vật khác

BM 01-Bia SKKN

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUY

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPO

WW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

ng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú


2/72

2

SƠ LƯỢ C LÝ LỊCH KHOA HỌC

I. THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN

1. Họ và tên: Võ Thị Mai Hoàng

2. Ngày tháng năm sinh: 3/11/1981

3. Nam, nữ: Nữ

4. Địa chỉ: 147/9A Hưng Đạo Vươ ng- Phườ ng Trung Dũng- Biên Hòa

5. Điện thoại: (CQ)/ 061. 3940675 (NR); ĐTDĐ:0919 709 713

6. Fax: E-mail: [email protected]

7. Chức vụ: Giáo viên

8. Đơ n vị công tác: Trườ ng THPT Ngô Quyền

II. TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO

- Học vị (hoặc trình độ chuyên môn, nghiệp vụ) cao nhất:Thạc s ĩ - Năm nhận bằng: 2009

- Chuyên ngành đào tạo: Hóa Hữu Cơ

III. KINH NGHIỆM KHOA HỌC

- L ĩ nh vực chuyên môn có kinh nghiệm:giảng dạy môn hoá

Số năm có kinh nghiệm:4 năm

- Các sáng kiến kinh nghiệm đã có trong 5 năm gần đây:

1.Hướ ng dẫn học viên ôn tập phần hóa hữu cơ đề thi tốt nghiệp năm 2010-2011

BM02-LLKHSKKN






3/72

3

Tên SKKN : HỆ THỐNG LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP VỀ CẤU TẠONGUYÊN TỬ VÀ LIÊN KẾT HÓA HỌC TRONG CHƯƠ NGTRÌNH THPT

LÝ DO CH Ọ N ĐỀ TÀI

Theo xu hướ ng gần đ ây, ngành giáo d ục nướ c ta có các chính sách giảm t ải chocác chươ ng trình học phổ thông của nhiề u môn nói chung và môn hóa nói riêng. Vìvậ y, kiế n thứ c của học sinh cũng không chuyên sâu và không có tính mạch lạc, đặcbiệt đố i vớ i học sinh yêu thích hóa.

Trong phần hóa phổ thông của chươ ng trình hóa 10 chươ ng nguyên t ử và liên k ế thóa học là phần kiế n thứ c nề n t ảng và r ấ t quan tr ọng của cấ u t ạo chấ t. Tuy nhiêntrong phân này sách giáo khoa trình bày chỉ là kiế n thứ c cơ bản cho các học sinhkhông chuyên sâu. Và nế u đố i vớ i học sinh giỏi vẫ n chư a đầ y đủ kiế n thứ c của haichươ ng nà, vì vậ y để đ áp ứ ng nhu cầu này cho các học sinh 10, hay học sinh giỏitrong các k ỳ thi lớ n, tôi đ ã soạn đề tài sáng kiế n kinh nghiệm “ H ệ thố ng lý thuyế tvà bài t ậ p về cấ u t ạo nguyên t ử và liên k ế t hóa học trong chươ ng trình THPT” để giúp ít phần nào vào kho kiế n thứ c của học sinh cũng như t ư liệu cho giáo viêngiảng d ạ y.

Trong quá trình biên soạn không tránh khỏi sai sót, mong đọc giả góp ý để phầnđề tài này t ố t hơ n. Xin chân thành cảm ơ n.

BM03-TMSKKN






4/72

4

I.TỔ CHỨ C THỰ C HIỆN ĐỀ TÀI

1. Cơ sở lý luận

Trong phần đề tài này tôi đề cặp đến cấu tạo nguyên tử và liên kết hóa học,về kiến thức của hai phần này cũng có khá nhiều trong các sách ở chươ ng trình đạihọc và sau đại học học sinh có thể tìm đọc, tuy nhiên những cuốn sách ấy hay

những tư liệu ấy quá chuyên sâu không thích hợ p vớ i học sinh phổ thông l ĩ nh hộiđượ c (như Hóa đại cươ ng của N.L.Glinka hay Hóa lượ ng tử - Lê Khắc Tích, …)

Nội dung phần đề tài này tôi hệ thống lý thuyết và bài tập về cấu tạo nguyêntử và liên kết hóa học theo từng phần một và bám sát vớ i tư duy của học sinh phổ thông và nội dung gồm các phần sau:

Phần 1. Cấu tạo nguyên tử .1.1 Thành phần nguyên tử.1.2 Lớ p và phân lớ p1.3 Obitan nguyên tử

1.3.1. Khái niệm1.3.2. Hình dạng các obitan1.4. Ký hiệu nguyên tử 1.5. Cấu hình electron1.5.1. Khái niệm1.5.2. Những cơ sở để viết cấu hình electron1.5.2.1. Nguyên lý vững bền hay nguyên lý năng lượ ng cực tiểu1.5.2.2. Quy tắc Klechkovxki1.5.2.3. Nguyên lí Pauli1.5.2.4. Qui tắc Hund

1.6. Bộ bốn số lượ ng tử 1.6.1. Số lượ ng tử chính1.6.2. Số lượ ng tử xung lượ ng1.6.3. Số lượ ng tử từ 1.6.4. Số lượ ng tử spin1.6.5. Các qui luật chi phối sự kết hợ p các số lượ ng tử từ.1.7 Bài tậpPhần 2. Tổng năng lượ ng nguyên tử 2.1. Tổng năng lượ ng các electron trong nguyên tử 2.2. Năng lượ ng ion hóa

2.3. Bài tậpPhần 3. Cấu trúc phân tử 3.1. Liên kết hóa học3.1.1. Liên kết ion3.1.2. Liên kết cộng hóa trị 3.1.2.1. Thuyết lại hóa VB3.1.2.2. Lai hóa obitan3.1.2.2.1 Điều kiện xảy ra lai hóa3.1.2.2.2 Các dạng lai hóa.3.1.2.2.2.1 Lai hóa sp






5/72


6/72

6

2. Nội dung, biện pháp thự c hiện các giải pháp của đề tài

Phần 1. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ

1.1 Thành phần nguyên tử .

Nguyên tử gồm hạt nhân mang điện tích dươ ng nằm ở tâm nguyên tử, có kích

thướ c rất nhỏ so vớ i kích thướ c của nguyên tử. Các electron chuyển động tạo ralớ p vỏ nguyên tử.

Hạt nhân gồm các hạt proton và nơ tron. Như vậy nguyên tử đượ c cấu tạo bở i cáchạt cơ bản là: electron và nơ tron.- Đặc điểm về điện tích và khối lượ ng của hạt proton, electron, nơ tron: Hạt nơ tronkhông mang điện tích, hạt electron mang điện tích âm (-1), hạt proton mang điệntíchdươ ng (+1).Khố i lượ ng của hạ t proton và nơ t ron xấp x ỉ nhau vàgần bằng 1u (đvC) , khố i lượ ng của hạ t electron không đáng kể so vớ i hạtp, n. Như vậy, khối lượ ng của nguyên tử tập trung phần lớ n ở hạt nhân nguyên tử,khối lượ ng của các hạt electron không đáng kể (hạt nhân là hạt có khối lượ ngriêng

rất lớ n).1.2 Lớ p và phân lớ p

Tong nguyên tử, các electron đượ c sắp xếp thành từng lớ p. Các electron trên cùngmột lớ p có năng lượ ng gần bằng nhau. Những electron ở lớ p bên trong liên kết vớ ihạt nhận bền chặt hơ n ở lớ p bên ngoài. Do đó năng lượ ng của electron ở lớ p trong thấp hơ n ở lớ p ngoài. Vì vậy năng lượ ng của electron chủ yếuphụ thuộc vào số thứ tự của lớ p.

- Thứ tự các lớ p electron đượ cghi bằng số nguyên tử n = 1, 2, 3, …. 7 ứng vớ itên lớ p K, L, M, … Q.

- Mỗi lớ p electron phân chia thành các lớ p, đượ c ký hiệu bằng các chữ cái viếtthườ ng: s, p, d, f. Các electron trên cùng một phân lớ p có năng lượ ng bằngnhau. Số phân lớ p trên mỗi lớ p bằng số thứ tự của lớ p đó (lớ p thứ n có n phânlớ p). Tuy nhiên, trên tựhc tế vớ i hơ n 110 nguyêntố chỉ có electron điền vào 4phân lớ p là s, p, d, f. Các electron thuộc phân lớ p s đượ c gọi là electron s,phân lớ p p đượ c gọi là electron p,…

1.3

Obitan nguyên tử

1.3.1. Khái niệm: Obitan nguyên tử là khu vực không gian xung quanh hạt nhânmà tại đó xác suất có mặt electron khỏng 90%.

1.3.2. Hình d ạng các obitan

Số obitan trong một phân lớ p: phân lớ p s có 1 AO, phân lớ p p có 3 AO, phân lớ p dcó 5AO, phân lớ p f có 7 AO.

Hình dạng Obitan:






7/72

7

1.4

Ký hiệu nguyên tử

Để biết đượ c các cấu tử chính, bền, có trong một nguyên tử, nguờ i ta dùng ký hiệusau đây để biểu thị nguyên tử:

X: Ký hiệu nguyên tử của nguyên tố hóa học (nhưNa, H, Fe, Cl)

Z: số thứ tự nguyên tử (atomic number), bậc số nguyên tử, sốhiệu nguyên tử, số

điện tích hạt nhân. Có Z proton trong nhân nguyên tử. Có Z điện tử ở ngoài nhân(nếu không là một ion). Nguyên tố X ở ô thứ Z trong bảng phân loại tuần hoàn.

A: Số khối (Số khối lượ ng, mass number), có A proton và neutron trong nhânnguyên tử. Có (A - Z) neutron trong nhân.

Do hiện nay ngườ i ta sắp xếp các nguyên tố hóa học theo thứ tự tăng dần của Z, vìthế Z đượ c gọi là số thứ tự nguyên tử hay bậc số nguyên tử. Các nguyên tửcủacùng một nguyên tố thì có cùng số thứ tự nguyên tử Z, căn cứ vào Z ta biết đó lànguyên tửcủa nguyên tố nào, nên Z còn đượ c gọi là số hiệu (số nhãn hiệu, đặchiệu). Điện tích của một proton là điện tích nhỏ nhất đượ c biết hiện nay, nên Z

còn đượ c gọi là điện tích hạt nhân.1.5

Cấu hình electron1.5.1. Khái niệm

Cấu hình electron của nguyên tử nói chung là sơ đồ biểu thị sự phân bố cácelectron theo số lượ ng tử chính và số lượ ng tử phụ (n và l) hay theo lớ p và phânlớ p electron. Một số cấu hình electron tiêu biểu như sau:

O: 1s2 2s2 2p4 hay [He] 2s2 2p4

Na : 1s2 2s2 2p6 3s1 hay [Ne] 3s1

Sự sắp xếp các electron vào nguyên tử là một trong những vấn đề quan trọng khixét nguyên tử có nhiều electron. Kết quả của sự sắp xếp đó đượ c biểu diễn mộtcách khái quát bằng cấu hình electron và cơ sở để viết cấu hình electron củanguyên tử nhiều electron

1.5.2. Nhữ ng cơ sở để viế t cấ u hình electron1.5.2.1. Nguyên lý vữ ng bề n hay nguyên lý năng lượ ng cự c tiể uTrạng thái hệ lượ ng tửcó năng lượ ng thấp nhất hay cực tiểu là trạng thái cơ bản,đó cũng là trạng thái bền vững nhất của hệ. Nguyên lý trên thểhiện một quy luậtcủa thế giớ i tự nhiên là luôn luôn có xu hướ ng đạt tớ i sự bền vững nhất. Sự sắp xếp






8/72

8

các electron vào các AO trong nguyên tửcũng không nằm ngoài qui luật này. Theoñó, trong nguyên tử, electron chiếm mức năng lượ ng thấp trướ c, tiếp ñến các mứcnăng lượ ng cao hơ n. Trạng thái hệ có năng lượ ng thấp nhất là trạng thái cơ bản.

1.5.2.2. Quy t ắ c Klechkovxki

Việc xuất hiện tươ ng tác giữa các electron trong nguyên tử nhiều electron cũngnhư tươ ng tác giữa hạt nhân và các electron ñã làm cho năng lượ ng của các obitannguyên tửkiểu hidro không còn như trong nguyên tử hidro nữa. Một qui tắc kinhnghiệm đơ n giản nhất mô tả sự thay đổi này chính là qui tắc Klechkovxki. Nộidung của qui tắc này như sau:

Năng lượ ng của phân mức εn,l tăng dần theo sự tăng của tổng trịsố(n + l), nếu haiphân mức có cùng trị của tổng (n + l) thì εn,l tăng theo sự tăng của n.Vớ i n là số lượ ng tử chính, l là số lượ ng tử phụ, có thể diễn đạt nội dung của quy

tắc đó bằng sơ đồ sau:

Biểu diễn qui tắc Klechkovxki

1.5.2.3. Nguyên lí PauliTrong một nguyên tử không thể tồn tại hai electron có cùng giá trị của bốn số lượ ng tử n, l, m và ms. Trong nguyên tử, mỗi AO chỉcó thể bị chiếm bở i tối đa 2electron”

Ví dụ 1, ở lớ p K: n = 1 l = 0m = 0 ms= +1/2ms= -1/2.

Vậy ở l ớ p K có nhiều nhất 2 electron:

+ electron thứnhất có giá trịn = 1, l = 0, m = 0 và ms= +1/2.

+ ectron thứhai có giá trịn = 1, l = 0, m = 0 và ms= -1/2.






9/72

9

Nếu giả thiết rằng ở lớ p K có thêm một electron thứ 3 thì nó sẽ có giá trị bốn số

lượ ng tử trùng vớ i một trong hai electron đã có, như vậy mâu thuẫn vớ i nguyên lý

pauli.

Dựa vào nguyên lý pauli có thể tính đượ c số electron tối đa trên một obitan

nguyên tử, trong một phân lớ p và trong một lớ p electron, cụ thể:

- Mỗi AO có thể chứa tối đa hai electron có spin khác nhau.

- Số electron tối đa có thểcó ở các phân lớ p: phụ thuộc vào số lượ ng tử obitan l vàđượ c xác định bằng công thức 2(2l + 1).

- Số electron nhiều nhất ở các lớ p: phụ thuộc vào số lượ ng tử n và đượ c xác địnhbằng công thức 2n2 (đúng đối vớ i n ≤4). [Lớ p thứn có n2 AO nên trong mối lớ p cótối đa 2n2 electron].

Ví dụ 2: Tính số electron nhiều nhất ở phân lớ p np, ở đây n có giá trị bất kỳ, chẳnghạn n = 2, còn p ứng vớ i l = 1. Từ đó ta có: n = 2 l = 1 m = -1 ms=+1/2

ms= -1/2 ứng vớ i AO 2py có nhiều nhất 2 electron.Vậy phân lớ p p có nhiều nhất 6 electron.

Bằng cách tươ ng tự ta tính đượ c sốelectron tối đa ở các phân lớ p d = 10, f = 14.

Ví dụ 3: Khi n = 2, thì số electron tối đa là: 2.22= 8 (e).1.5.2.4. Qui t ắ c Hund

Qui t ắ c Hund 1(qui t ắ c t ổ ng spin cự c đại)

Trong nguyên tử ở dạng trạng thái cơ bản, các electron thuộc cùng một phân lớ p sẽ đượ c phân bố đều vào các ô lượ ng tửsao cho tổng spin S của chúng là cực đại

(tổng sốelectron độc thân là cực đại).

Ví dụ: Nguyên tửN (z = 7) có cấu hình: 1s2 2s2 2p3.

Qui t ắ c Hund 2

Trong một phân lớ p các electron có khuynh hướ ng điền vào các ô lượ ng tửcó số lượ ng tử ml có giá trị lớ n nhất trướ c".

Ví dụ: Trạng thái cơ bản của nguyên tử F (z = 9) là trạng thái.

1.6

Bộ bốn số lượ ng tử 1.6.1. S ố lượ ng t ử chính (hay số lớ p) – ký hiệu n

Số lượ ng tử chính là mô tả mức năng lượ ng trong nguyên tử hay còn gọi là số lớ p.

Giá trị của các mức năng lượ ng từ 1 đến 7. Giá trị mức năng lượ ng càng lớ n thìnăng lượ ng càng cao.






10/72

10

Số electron cực đại có thể điền vào lớ p n là 2n2.

1.6.2. S ố lượ ng t ử xung lượ ng (phân lớ p)- ký hiệu l

Số lượ ng tử xung lượ ng mô tả các lớ p phụ trong n hay còn gọi là phân lớ p.

Các phân lớ p của các ngyên tố đã biết là s-p-d-f.

Các giá trị của l = 0 là phân lớ p s, l =2 là phân lớ p p, l = 0 là phân lớ p d, l = 3 làphân lớ p f.Giá trị l lớ n hơ n thì biểu thị năng lượ ng lớ n hơ n một chút.

1.6.3. S ố lượ ng t ử t ừ - ký hiệu ml

Số lượ ng tử từ mô tả obitan bên trong một phân lớ p.

Giá trị ml có thể nhận từ: -l,…, -2, -1, 0, +1, +2+, …, +l

- Khi l = 0 thì ml= 0

- Khi l = 1 thì ml= -1, 0, +1 3 opitan p

- Khi l = 2 thì ml= -2,-1, 0, +1, +2 5 opitan d

- Khi l = 3 thì ml= -3, -2,-1, 0, +1, +2, +3 7 opitan f

Tất cả các giá trị ml có cùng năng lượ ng.

1.6.4. S ố lượ ng t ử spin

Số lượ ng tử spin mô tả spin của các electron ( chiều quay mũi tên của electron)

Giá trị ms = -1/2 và +1/2

1.6.5. Các qui luật chi phố i sự k ế t hợ p các số lượ ng t ử t ừ .

Ba số lượ ng tử n, l và m đều là số nguyên.

Số lượ

ng tử

chính (n) không thể là zero.

Số lượ ng tử góc (l) có thể có các số nguyên nằm giữa 0 và n-1.

Số lượ ng tử từ (m) có thể là bất kỳ số nguyên nào nằm giữa –l và+l.

Số lượ ng tử spin (s) nhận giá trị -1/2 và +1/2

Chú ý rằng số lượ ng tử chính và số lượ ng tử góc xung lượ ng mớ icó ảnh hưở ng về mặt năng lượ ng, nếu khoảng cách của các n là lớ nhơ n thì khoảng cách giữa các l sẽ nhỏ hơ n. Tuy nhiên nhiều bướ cnhỏ sẽ trở thành một bướ c lớ n. Một iu luật rất hữu dụng là nếu






11/72

11

tổng n+ l lớ n hơ n thì năng lượ ng sẽ lớ n hơ n. N61u 2 giá trị củatổng n + l bằng nhau thì electron nào có n nhỏ hơ n thì năng lượ ngsẽ nhỏ hơ n. Năng lượ ng nhỉ hơ n sẽ bền hơ n, Năng lượ ng thấp nhấtlà trạng thái cơ bản.

Vd: Sắp xếp các electron sau đây (n,l, ml,ms) từ năng lượ ng cao đến năng lượ ngthấp nhất.

A. (2,1,1,+1/2)

B. (1,0,0,-1/2)

C. (4,1,-1,+1/2)

D. (4,2,-1,+1/2)

E. (3,2,-1,+1/2)

F. (4,0,0,+1/2)

G. (2,1,-1,+1/2)

H. (3,1,0,+1/2)Giải.

Năng lượ ng thấp nhất có tổng n+l thấp nhất. Các electron C và E có cùng giá trị 5mà E có n thấp hơ n sẹ có năng lượ ng thấp hơ n. Các electron H và F cũng có cùnggiá trị thổng n +l và H có năng lượ ng thấp hơ n. Các electron A và G có cùng giá trị n và l do vậy chúng có cùng năng lượ ng.

Năng lươ ng: B


12/72

12

(ml) bằng -2, tổng số lượ ng tử spin (ms) bằng -1/2, trong đó số lượ ng tử spin củaelectron cuối cùng của R là +1/2. Cho biết tên của 3 nguyên tố trên.

GiảiTa có: nR + nx + nY = 6 (1)

lR + lx + lY = 2 (2)ml(R) + ml(x) + ml(Y) = -2 (3)

ms(R) + msl(x) + msl(Y) = -1/2 (4)- Ta có nR + nx + nY = 6. Vì 3 nguyên tố không cùng chu kì nên nR = 1, nx = 2,

ny = 3.Ba nguyên tố đều thuộc chu kì nhỏ. Nguyên tố R thuộc chu kì 1 n6n electron củanó có lR = 0, ml(R)=0. Mà Ms(R) =+1/2 nguyên tố R là nguyên tố hidro.- Ta có lR + lx + lY = 2. Vì lR=0 nên lx + lY = 2. Vì X, Y thuộc chu kì nhỏ nên khôngthể có giá trị l = 2 lx = lY =1. Vậy electron cuối cùng của X và Y thuộc phân lớ p2p và 3p.-(3) có ml(R) + ml(x) + ml(Y) = -2. Vì ml(R) =0 nên ml(x) + ml(Y) = -2. Mà lx = ly = 1nên ml có các giá trị : -1, 0, +1 ml(x) = ml(Y) = -1.

-ms(R) + msl(x) + msl(Y) = -1/2 (4). Vì ms(R) = +1/2 nên msl(x) + msl(Y) = -1. mà ms chỉ có giá trị là -1/2 hoặc +1/2 ml(x) = ml(Y) = -1/2.Vậy electron cuối cùng điền vào cấu hình electron của nguyên tử có bộ số lượ ng tử sau:

R : n = 1, l = 0, ml = 0, ms =+1/2 1s1 (hidro)

X : n = 2, l = 1, ml = -1, ms =-1/2 1s22s22p4 (oxi)

Y : n = 3, l = 1, ml = -1, ms =-1/2 1s22s22p63s23p4 (lưu huỳnh)

Bài 3 : (Olympic 2009 tỉnh Tây Ninh)a) Nguyên tố X có elctron cuối cùng ứng vớ i 4 ố lượ ng tử đại số bằng 2,5.Xác định

nguyên tố X, viết cấu hình electron và cho biết vị trí của X trong bảng tuần hoàn.b) Xác định nguyên tử mà electron cuối cùng điền vào đó có bộ bốn số lượ ng tử thỏa mãn điều kiện : n + l = 3, và ml + ms = +1/2.

Giảia) Tho đề: n + l + ml + ms = 2,5 X phải khác H, He n>=2Xét trườ ng hợ p 1: n = 2, ms=+1/2 l + ml = 0. Khi đó có 2 khả năng:

- l = 0 ml = 0 2s1 Liti

- l = 1 ml = -1 2p1 Bo

Xét trườ ng hợ p 2: n = 2, ms=-1/2 l + ml = 1. Khi đó có 2 khả năng:- l = 0 ml = 1 (vô lý)

- l = 1 ml = 0 2p5

FloXét trườ ng hợ p 3: n = 3, ms=-1/2 l + ml = 0. Khi đó có 3 khả năng:- l = 0 ml = 0 3s

2 Mg- l = 1 ml = -1 3p

4 Lưu huỳnh- l = 2 ml = -2 3d

6 sắtb) Từ điều kiện: n + l = 3, và ml + ms = +1/2 ta có 3 trườ ng hợ p sau:

Trườ ng hợ p 1: n = 1 và l = 2: phân lớ p 2d (loại)Trườ ng hợ p 2: n = 2 và l = 1 : phân lớ p 2p (nhận)

Xét điều kiện: ml + ms = +1/2 ta có:






13/72

13

+ Nếu ms = +1/2 và ml = 0 2p2 Cấu hình electronđầy đủ là : 1s22s22p2 (Z=6, C)+ Nếu ms = -1/2 và ml = 1 2p4 Cấu hình electronđầy đủ là : 1s22s22p4(Z=8, O)

Trườ ng hợ p 3: n = 3 và l =0 : phân lớ p 3s (nhận)Xét điều kiện: ml + ms = +1/2. Vì l = 0 nên ta có một khả năng ml

= 0, ms = +1/2 3s1

Cấu hình electron đầy đủ là :1s22s22p43s1 (Z = 11, Na)Bài 4: A, B, C là ba kim loại kế tiếp nhau trong cùng một chu kì (theo thứ tự từ tráisang phải trong chu kì) có tổng số khối trong các nguyên tử chúng là 74.Xác địnhA, B, C.

GiảiGọi Z1 là số electron của nguyên tử A⇒ Số electron của nguyên tử B, C lần lượ t là Z1+1, Z1+2

Gọi N1, N2, N3, lần lượ t là số nơ tron của nguyên tử A, B, CVì tổng số khối của các nguyên tử A, B, C là 74 nên ta có phươ ng trình:

(Z1+N1) + (Z1+1+N2) + (Z1+2+N3) = 74 (1)Mặt khác ta có:

Đối vớ i các nguyên tố hóa học có Z 82≤ ta luôn có: Z N 1,5Z≤ ≤ .Thay vào (1) ta có:(Z1+Z1) + (Z1+1+Z1+1) + (Z1+2+Z1+2) ≤ 74

⇒ 6Z1 ≤ 68 ⇒ Z1 ≤11,3 (*)(Z1+1,5Z1) + (Z1+1+1,5Z1+1,5) + (Z1+2+1,5Z1+1,5.2) ≥ 74

⇒ 7,5Z1 ≥ 68 ⇒ Z1 ≥ 8,9 (**)Từ (*) và (**) ta suy ra 18,9 Z 11,3≤ ≤ Vớ i Z1 là số nguyên ⇒ Z1 = 9; 10; 11Mà A, B, C là các kim loại ⇒ Z1 = 11 (Na)Vậy A, B, C lần lượ t là các kim loại Natri (Na); Magie (Mg); Nhôm (Al)Bài 5:Nguyên tử của nguyên tố X có tổng số hạt các loại là 60, số hạt mang điện tronghạt nhân bằng số hạt không mang điện. Nguyên tử của nguyên tố Y có 11 electron p.Nguyên tử nguyên tố Z có 4 lớ p electron và 6 electron độc thân.a. Dựa trên cấu hình electron, cho biết vị trí của các nguyên tố trên trong bảng hệ thốngtuần hoàn.b. So sánh (có giải thích) bán kính của các nguyên tử và ion X, X2+ và Y-.

Giảia) Xác định vị trí dựa vào cấu hình electron:

X X X X X2Z N 60 ; Z N Z 20+ = = ⇒ = ,X là canxi (Ca), cấu hình electron của 20Ca : [Ar] 4s

2 Cấu hình của Y là 1s22s22p63s23p5 hay [Ne] 3s2 3p5⇒ Y là ClTheo giả thiết thì Z chính là crom, cấu hình electron của 24Cr : [Ar] 3d

5 4s1

STT Chu kỳ nguyên tố Nhóm nguyên tố

Ca 20 4 IIACl 17 3 VIIACr 24 4 VIB






14/72

14

b) Trật tự tăng dần bán kính nguyên tử: CaClCa RRR 2


15/72

15

Mặt khác: xx

n

p = 1,3692 ⇒ nX = 74

⇒ AX = pX + nX = 53 + 74 = 127x

y

n

n= 3,7 ⇒ nY = 20

X + Y → XY4,29 18,26

⇒ Y X Y4, 29 18,26

+= ⇒ Y 127 Y

4,29 18,26

+= ⇒ Y = 39

⇒ AY = pY + nY ⇒ 39 = pY + 20 ⇒ pY = 19 hay ZY = 19

Cấu hình electron của Y là [18 Ar] 4s1

Bài 8:Mỗi phân tử XY2 có tổng các hạt proton, nơ tron, electron bằng 178; trongđó, số hạt mang điện nhiều hơ n số hạt không mang điện là 54, số hạt mang điệncủa X ít hơ n số hạt mang điện của Y là 12.

a, Hãy xác định kí hiệu hoá học của X,Y và công thức phân tử XY2 .b, Viết cấu hình electron của nguyên tử X,Y và xác định các số lượ ng tử củaelectron cuối cùng đượ c điền vào.

Giải

Kí hiệu số đơ n vị điện tích hạt nhân của X là Zx , Y là Zy ; số nơ tron (hạt khôngmang điện) của X là Nx , Y là Ny . Vớ i XY2 , ta có các phươ ng trình:

2 Zx + 4 Zy + Nx + 2 Ny = 178 (1)2 Zx + 4 Zy − Nx − 2 Ny = 54 (2)

4 Zy − 2 Zx = 12 (3)Zy = 16 ; Zx = 26

Vậy X là sắt, Y là lưu huỳnh. XY2 là FeS2 .

b, Cấu hình electron: Fe : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d64s2 ;S : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4

Bộ 4 số lượ ng tử cuối của X: n = 3; l = 2; ml =-2; ms= -1/2.Bộ 4 số lượ ng tử cuối của X: n = 3; l = 1; ml =-1; ms= -1/2.Bài 9 : 1. Hôïp chaát A ñöôïc taïo thaønh töø caùc ion ñeàu coù caáu hình electron cuûa khíhieá m Argon. Trong 1 phaân töû A coù toång soá haït proton, nôtron, electron laø 164.

a. Xaùc ñònh CTPT cuûa A, bieát A taùc duïng vôùi 1 nguyeân toá (ñôn chaát) coù trong Atheo tyû leä mol 1:1 taïo thaønh chaát B. Vieát CT Lewis, CTCT cuûa A vaø B.b. Cho A vaø B taùc duïng vôùi moät löôïng vöøa ñuû broâm ñeàu thu ñöôïc chaát raén X.Maët khaùc, cho m gam Y (chæ coù hoaù trò n) taùc duïng heát vôùi oxi thu ñöôïc a gamoxit, neáu cho m gam kim loaïi Y taùc duïng heát vôùi X thu ñöôïc b gam muoái. Bieát a= 0,68b. Hoûi Y laø kim loaïi gì?

Giải1. a. Soá electron cuûa moãi ion laø 18. Giaû söû phaân töû A goàm a ion. Vì phaân töû A laøtrung hoøa neân:






16/72

16

∑∑ == a pe 18

Goïi N laø soá nôtron n coù trong 1 phaân töû a : ∑ ∑∑ =++ 164n pe

36a + n =164⇒ n = 164 – 36a

Maø 5,11 ≤≤

∑ p

N ⇒ 18a ≤ n ≤ 27a

⇒ 18a ≤ 164 – 36a ≤ 27a⇒ 2,6 ≤ a ≤ 3,03

∑ ∑ == 54 pe , ∑ = 56n

- Neáu A goàm 2 cation 1+ vaø 1 anion 2- ⇒ A laø K2S- Neáu A goàm 1 cation 2+ vaø 2 anion 1- ⇒ A laø CaCl2

A taùc duïng vôùi 1 nguyeân toá coù trong A theo tyû leä 1:1 taïo thaønh chaát B neân Alaø K2S

K2S + S → K2S2

b. K2S + Br2 → 2KBr + SK2S2 + Br2 → 2KBr + 2S

Vaäy chaát raén X laø SY + O2 → Y2On (

2n

YO )

Y + S → Y2Sn (2

nYS )

a = Yx + 8nxb = Yx + 16nxmaø a = 0,68b⇒ Y = 9nNhaän n = 3 ; Y = 27Vaäy kim loïai Y laø Al.

Bài 10 : Xác định 2 nguyên tử mà electron cuối cùng có các số lượ ng tử

a. n = 3 ; l = 1 ; ml =-1 ; ms =12

−

b. n = 2 ; l = 1 ; ml = +1 ; ms =1

2+

Bài 11:Cho 2 nguyên tố A , B đứng kế tiếp nhau trong hệ thống tuần hoàn . Haielectron cuối cùng của chúng có đặc điểm .

- Tổng số (n + l) bằng nhau , trong đó số lượ ng tử chính của A lớ nhơ n số lượ ng tử chính của B .

- Tổng đại số của 4 số lượ ng tử của electron cuối cùng trên B là 4,5 .a. Hãy xác định bộ 4 số lượ ng tử của electron cuối cùng trên A , B vàxác định nguyên tố A , B .b. Hợ p chất X tạo bở i A , Cl , O có thành phần trăm theo khối lượ nglần lượ t là 31,83% ; 28,98% ; 39,18% . Xác định CTPT của X . Biếtrằng các electron chiếm obitan từ giá trị nhỏ nhất của số lượ ng tử ml .






17/72

17

Bài 12: Xác định nguyên tử mà eletron cuối cùng có 4 số lượ ng tử thỏa mãn điềukiện :

n + l = 3 và ml + ms =1

2+ .

Bài 13: Xét nguyên tử mà nguyên tố có electron cuối cùng có 4 số lượ ng tử

a. n = 3 , l = 2 , ml = -1 , ms = 12+

b. n = 3 , l = 2 , ml = -1 , ms =1

2−

Có tồn tại cấu hình này hay không ? Giải thích tại sao ?

Bài 14: Tổ hợ p các obitan nào sau đây là đúng ? Tổ hợ p nào không đúng ? Vì sao(1) n = 3 , l = 3 , ml = 0(2) n = 2 , l = 1 , ml = 0(3) n = 6 , l = 5 , ml = -1

(4) n = 4 , l = 3 , ml = -4Bài 15: Cho nguyên tử của 2 nguyên tố A và B có electron ngoài cùng có 4 số lượ ng tử

lần lượ t sau :

n = 4 , l = 0 , ml = 0 , ms =1

2+

n = 3 , l = 1 , ml = -1 , ms =12

−

Viết cấu hình electron của nguyên tử , xác định nguyên tố kim loại , phi kim .

Bài 16:Electron cuối cùng phân bố vào các nguyên tử của các nguyên tố A , B lầnlượ t

đặc trưng bở i 4 số lượ ng tử

A : n = 3 , l = 1 , ml = -1 , ms =12

+

B : n = 3 , l = 1 , ml = 0 , ms =1

2−

a. Xác định vị trí của A , B trong BTHHHb. Cho biết loại liên kết và công thức cấu tạo của phân tử AB3 .

Bài 17: Cho các electron các số lượ ng tử (n, l, m, ms) sau:

A(2, 1, 1, +1/2)B. (1, 0, 0, -1/2)C(4,1,-1,+1/2)D. (4, 2, -1, +1/2)E. (3, 2, -1, +1/2)F (4, 0, 0 , +1/2)G. (2, 1, -1, +1/2)H. (3, 1, 0, +1/2)

Câu hỏi:a/ Electron nào có spin khác hướ ng vớ i các electron còn lại ?






18/72

18

b/ Electron nào xếp trong trong obitan hình cầu?c/ Electron nào xếp trong trong obitan p?d/ Electron nào xếp trong trong obitan d?e/ Electron nào nằm xa hạt nhân nguyên tử nhất?f/ 2 electron nào xếp trong cùng 1 obitan?g/ 2 electron nào xếp khác hướ ng?

h/ 2 electron nào không thể nằm cùng trong một nguyên tử?i/ Các electron nào có cùng năng lượ ng? j/ Electron nào xếp vào obitan f?k/ Sắp xếp các electron trên theo thứ tự mức năng lượ ng cao nhất đến mức nănglượ ng thấp nhất.Bài 18: Điều gì không ổn vớ i các số lượ ng tử (n, l, m, ms) của các electron sau?

a. (2, 2, 0, +1/2)b. (3, 1, -1, -1/2)c. (3, 1, -2, 1)d. (4, 0, 1, +1/2)

e. (+1/2, 1, 1, 1)

Bài 19: Nguyên tử của một nguyên tố X có tổng số hạt cơ bản (p,n,e) là 82, trongđó số hạt mang điện nhiều hơ n số hạt không mang điện là 22. Xác định số hiệunguyên tử, số khối và tên nguyên tố . viết cấu hình electron của nguyên tử X và củacác ion tạo thành từ X.Bài 20: Tổng số hạt proton, nơ tron, electron trong hai nguyên tử kim loại A,B là142, trong đó tổng số hạt mang điện nhiều hơ n tổng số hạt không mang điện là 42.số hạt mang điện của nguyên tử B nhiều hơ n của A là 12. Xác định hai kim loạiA,B.

Bài 21: Một hợ p chất ion cấu tạo từ M+

và ion X2-

. Trong phân tử M2X có tổng số hạt (p,n,e) là 140 hạt, trong đó hạt mang điện nhiều hơ n số hạt không mang điện là44 hạt. số khối M+ lớ n hơ n số khối ion X2- là 23. tổng số hạt (p,n,e) trong M+ nhiềuhơ n trong X2- là 31 hạt.a. víêt cấu hình electron của các ion M+, X2- b. xác định vị trí của M và X trong hệ thống tuần hoàn.Bài 22: Hợ p chất A có công thức MXx trong đó M chiếm 46.67% về khối lượ ng. Mlà kim loại, X là phi kim ở chu kì 3. trong hạt nhân của M có n – p = 4 còn trong Xcó n, = p, . tổng số proton trong MXx là 58. Xác định tên, số khối của M, tên, số thứ tự của X trong BTH. Víêt cấu hình e của X

Bài 23: Một hợ p chất X có dạng AB3, tổng số hạt proton trong phân tử là 40. trongthành phần hạt nhân của A cũng như của B đều có số hạt proton bằng số hạtnơ tron. A thuộc chu kì 3 của BTH.a. xác định tên gọi của A,Bb. xác định các loại liên kết có trong có thể có trong phân tử AB3.Bài 24: Hợ p chất Z đượ c tạo bở i hai nguyên tố M, R có công thức MaRb trong đó Rchiếm 6.667% khối lượ ng. trong hạt nhân nguyên tử M có n=p +4, còn trong hạtnhân của R có n, = p,. biết rằng tổng số hạt proton trong phân tử Z bằng 84 và a + b= 4. tìm công thức phân tử của Z.Bài 25:






19/72

19

a. A và B là hai nguyên tố ở cùng một phân nhóm thuộc hai chu kì liên tiếp trongBTH. Tổng số proton trong hạt nhân hai nguyên tử là 32. Viết cấu hình electroncủa A và B và của ion mà A, B tạo thành.b. Tổng số electron trong anion AB32-+ là 42. trong hạt nhân của A cũng như của Bcó số proton bằng số nơ tron.Bài 26: Nguyên tử X có tổng số hạt là 60, trong đó số hạt n bằng số hạt p. Xác định

nguyên tố X.Bài 27: Oxit B có công thức là X2O. Tổng số hạt cơ bản p, n, e trong B là 92, trongđó số hạt mang điên nhiều hơ n số hạt không mang điện là 28. Xác định B.Bài 28: Hợ p chất Y có công thức M4X3. Biết

-Tổng số hạt trong phân tử Y là 214 hạt-Ion M3+ có số e bằng số e của ion X4- -Tổng số hạt p, n, e của nguyên tử nguyên tố M nhiều hơ n tổng số hạt của

nguyên tử nguyên tố X trong Y là 106. Xác định hợ p chất YBài 29: Một hợ p chất B đượ c tạo bở i một kim loại hóa trị 2 và một phi kim hóa trị 1. Tổng số hạt trong phân tử B là 290. Tổng số hạt không mang điện là 110, hiệu

số hạt không mang điện giữa phi kim và kim loại trong B là 70. Tỉ lệ số hạt mangđiện của kim loại so vớ i phi kim trong B là 2: 7. Tìm A, Z của kim loại và phi kimtrên.Bài 30: Một hợ p chất ion cấu tạo từ ion M2+ và ion X-. Tổng số gạt p, n, e trongphân tử MX2 là 186 hạt, trong đó số hạt mang điện nhiều hơ n số hạt không mangđiện là 54 hạt. Số khối của ion M2+ nhiều hơ n nhiều hơ n trong X- là 21 hạt. Tổngsố hạt p, n, e trong M2+ nhiều hơ n trong X- là 27 hạt. Xác định vị trí của M, X trongbảng tuần hoàn,Bài 31: Một hợ p chất ion cấu tạo từ ion M+ và ion X2-.Trong phân tử M2X có tổngsố hạt là 140 hạt, trong đó hạt mang điện nhiều hơ n hạt không mang điện là 44 hạt.

Số khối của ion M+

nhiều hơ n ion X2-

là 23. Tổng số hạt trong M+

nhiều hơ n trongX2- là 31a. Viết cấu hình e của X2- và M+ b. Xác định vị trí của M và X trong bảng HTTH.Bài 32: Tổng số p, n, e trong nguyên tử của 2 nguyên tố M và X lần lượ t là 82 và52. M và X tạo thành hợ p chất Mxa, trong phân tử của hợ p chất đó tổng số protoncủa các nguyên tử bằng 77. Hãy viết cấu hình e của M và X từ đó xác định vị trícủa chúng trong bảng HTTH. CTPT của Mxa.Bài 33: X, Y, R, A, B theo thứ tự là 5 nguyên tố liên tiếp trong HTTH có tổng số điện tích hạt nhân là 90 ( X có điện tích hạt nhân nhỏ nhất )

a. Xác định số điện tích hạt nhân của X, Y, R, A, B, gọi tên các nguyên tố đó.b. Viết cấu hình e của X2-, Y-, R, A+, B2+. So sánh bán kính của chúngBài 34: Phân tử X có công thức abc. Tổng số hạt mang điện và không mang điệntrong phân tử X là 82. Trong dod số hạt mang điện nhiều hơ n số hạt không mangđiện là 22, hiệu số khối giữa b và c gấp 10 lần số khối của a, tổng số khối giữa b vàc gấp 27 lần số khối của a. Tìm CTPT đúng của X .Bài 35: Một hợ p chất đượ c tạo thành từ các ion M+ và −22 X . Trong phân tử M2X2 cótổng số hạt p, n, e bằng 164, trong đó số hạt mang điện nhiều hơ n số hạt khôngmang điện là 52. Số khối của M nhiều hơ n số khối của X là 23. Tổng số hạt p, n, etrong ion M+ nhiều hơ n trong ion −22 X là 7 hạt






20/72

20

a. Xác định các nguyên tố M, X và công thức phân tử M2X2 b. Cho hợ p chất M2X2 tác dụng vớ i nướ c. Viết phươ ng trình phản ứng xảy ra

và trình bày phươ ng pháp hóa học để nhận biết sản phẩm.Bài 36: Cho tổng số hạt p, n, e trong phân tử MX2 là 178 hạt, trong hạy nhân củaM số nowtron nhiều hơ n số proton 4 hạt, còn trong hạt nhân của X số nowtronbằng số proton. Số proton trong hạt nhân của M nhiều hơ n số proton trong hạt

nhân của X là 10 hạt. Xác định công thức của MX2.Bài 37: Hợ p chất M2X có tổng số các hạt trong phân tử là 116, trong đó số hạtmang điện nhiều hơ n số hạt không mang điện là 36. Khối lượ ng nguyên tử X nhiềuhơ n M là Bài 38:Tổng số hạt p, n, e trong X2- nhiều hơ n trong M+ là 17 hạt. Xác định số khối của

M và X.Bài 39: Tổng số hạt p, n, e trong phân tử MX3 là 196, trong đó số hạt mang điệnnhiều hơ n số hạt không mang điện là 60. Khối lượ ng nguyên tử của X lớ n hơ n củaM là 8. Tổng số hạt p, n, e trong X- nhiều hơ n trong M3+ là 16. Xác định M và X.






21/72

21

Phần 2. Tổng năng lượ ng nguyên tử

2.1. Tổng năng lượ ng các electron trong nguyên tử

Công thứ c gần đ úng Slater

Các electron là những hạt mang điện tích âm nên khi chuyển ñộng, chúng

sẽche chắn lẫn nhau khỏi lực hút của hạt nhân nguyên tử. Khi đó năng lượ ng củahệ sẽ đượ c tính như sau:

Trong đó.

b: hằng số chắn

n: số lượ ng tử chính

n*: số lượ ng tử chính hiệu dụng

n 1 2 3 4 5 6

n* 1 2 3 3,7 4 4,2

Z: số ñiện tích hạt nhân

Z*: số điện tích hạt nhân hiệu dụngl: số lượ ng tử phụ

Để tính hằ ng số chắ n, các hàm AO đượ c chia thành các nhóm như sau:

1s/ 2s 2p/ 3s3p/ 3d/ 4s 4p/ 4d/ 4f/...

Trị số hằng số chắn ñối vớ i 1 electron đang xét sẽ bằng tổng các trị số gópcủa các electron khác.

Mỗi electron ở nhóm AO ngoài nhóm AO đang xét không ñóng góp vàohằng số chắn.

Mỗi electron nằm trên cùng một AO (nhóm AO) đang xét đóng góp vàohằng số chắn 1 lượ ng 0.35, riêng 1 electron trên AO-1s chỉ đóng góp 0.3.

Mỗi electron nằm bên trong nhóm AO đang xét:

Ở lớ p n có trị số nhỏ hơ n lớ p đang xét 1 ñơ n vị, ñóng góp 0.85

Ở lớ p n có trị số nhỏ hơ n lớ p đang xét từ 2 ñơ n vị trở lên, ñóng góp 1

Nếu nhóm AO đang xét là AO-d hoặc AO-f thì mỗi electron ở AOtrong góp 1






22/72

22

Thí dụ: Tính tổng năng lượ ng của Ni.

Bướ c 1: Cấu hình electron của nguyên tử Ni:Z=28: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d8 4s2

Bướ c 2: Các hằng số chắn tính như sau:

b1s = 1 x 0,3 = 0,3b2s2p = 2 x 0,85 + 7 x 0,35 = 4,15b3s3p= 2 x 1 + 8 x 0,85 + 7 x 0,35 = 11,25b3d = 18 x 1 + 7 x 35 = 20,45b4s = 10 x 1 + 16 x 0,85 + 1 x 0,35 = 23,95

Bướ c 3: Năng lượ ng của 1 electron trên từng phân lớ p bằng công thức sau:En,l = -13,6 [(z-bn,l)/n

*]2 E1s = -13,6 [(28-0,3)/1]

2 = -10435,10 eVE2s2p = -13,6 [(28-4,15)/2]

2 = - 1934,00 eV

E3s3p = -13,6 [(28-11,25)/3]2

= - 423,96 eVE3d = -13,6 [(28-20,45)/3]2 = - 86,14 eV

E4s = -13,6 [(28-23,95)/3,7]2 = -16,30 eV

Bướ c 4: Tổng năng lượ ng electron của nguyên tử.E = 2E1s + 8E2s2p + 8E3s3p + 8E3d + 2E4s

= 2(-10435,10) + 8(-1934,00) + 8(-43,96) + 8(-86,14) + 2(-16,30)= -40455,60 eV

2.2 . Năng lượ ng ion hóa

Khái niệm: Năng lượ ng ion hóa là năng lượ ng tối thiểu để tách electron ra khỏi lớ pvỏ nguyên tử.

Năng lươ ng ion hóa thứ 1 là năng lượ ng tối thiểu để tách 1 electron ra khỏi lớ p vỏ nguyên tử.

Tươ ng tự, năng lươ ng ion hóa thứ k là năng lượ ng tối thiểu để tách k electron rakhỏi lớ p vỏ nguyên tử.

Để tính năng lượ ng ion hóa của các nguyên tử nhiều electron, trướ c tiên ta tínhtổng năng lượ ng electron của các nguyên tử và các ion sau đó áp dụng công thứcsau:

I1 = E(M+) – E(M)

I2 = E(M2+) - E(M+)

……………………

In = E(Mn+) - E(M(n-1)+)

Thí dụ: Tính năng lượ ng ion hóa thứ 1 của He.

E1s= -13,6 (2 – 0,3)2 /12= -39,304 eV

EHe = 2.E1s =-78,608 eV






23/72

23

EHe+= -13,6 (2)2 /12=-54,4 eV

I1 = EHe+ - EHe = 24,208 eV

2.3 Bài tập.

Bài 1: (Olympic 2007 tỉnh Thừa Thiên Huế)

X thuộc chu kỳ 4, Y thuộc chu kỳ 2 của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Ii là năng lượ ng ion hóa thứ I của một số nguyên tử. Thực nghiệm cho biết tỉ số Ik+1 /Ik của X, Y như sau:

Ik+1 /Ik I2 /I1 I3 /I2 I4 /I3 I5 /I4 I6 /I5 X 1,94 4,31 1,31 1,26 1,30Y 2,17 1,96 1,35 6,08 1,25

Lập luận để xác định X và Y.Giải: Đối vớ i X, từ I2 lên I3 tăng đột ngột, vậy ion X

2+ có cấu hinh của một khíhiếm do đó X là canxi ( [Ar]4s2).Đối vớ i ion Y, từ I4 lên I5 tăng đột ngột, vậy ion I4+ có cấu hình của một khí hiếm

do đó Y là cacbon ([He]2s2

2p2

).

Bài 2: (Olympic 2007 tỉnh Quảng Nam)Nguyên tử của các nguyên tố X, Y, Z có electron cuối cùng ứng vớ i bộ bốn số

lượ ng tử sau:Nguyên tố n l m s

XYX

322

111

-11-1

-1/21/2-1/2

a) Xác định X,Y,Z.

b) So sánh năng lượ ng ion hóa thứ nhất của X,Y, Z ? Giải thích ?Giải :a) Cấu hình electron ở phân lớ p ngoài cùng :

X : 3p4 X là SY : 2p3 Y là NZ : 2p4 Z là O

b) Năng lươ ng ion hóa thứ nhất của oxi > lưu huỳnh vì trong cùng một nhóm nănglươ ng ion hóa giảm dần.Oxi và Nito trong cùng, cấu hình electron phân lớ p nhoài cùng của N là 2p3 trạngthái bán bão hòa nên bền hơ n oxi (2p4). Mặt khác do lực đẩy giữa các cặp electron

trong một obitan của oxi làm cho electron ở đây dễ bị tách ra khỏi nguyên tử hơ nnito nên ion hóa thứ nhất của nito > oxi.Vậy : I1 : N > O > SBài 3: Dựa vào công thức gần đúng Slater, tính năng lượ ng ion hóa I1 của He(Z=2)

Giải :

He có cấu hình electron là: 1s2 E*He = 2(-13,6Z

*2 / n*2) = 2[-13,6(2-0,3)2 /1] = -78,6 eVHe* có cấu hình electron là: 1s1






24/72

24

E*He+ = (-13,6Z*2 / n*2) = (-13,6 . 22)/1 = -54,4 eV

Quá trình ion hóa:He -1e He+

I1 = E*He+ - E

*He = (-54,4) – (-78,6) = 24,2 eV

Bài 4: Năng lượ ng ion hóa thứ nhất (I1 - kJ/mol) của các nguyên tố chu kỳ 2 có giá

trị (không theo trật tự) 1402, 1314, 520, 899, 2081, 801, 1086, 1681. Gán các giátrị này cho các nguyên tố tươ ng ứng. Giải thích.Giải :Giá trị năng lượ ng ion hóa tươ ng ứng vớ i các nguyên tố:

IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIALi Be B C N O F Ne2s 2s 2p 2p 2p 2p 2p 2p

I1 (kJ/mol) 520 899 801 1086 1402 1314 1681 2081Nhìn chung từ trái qua phải trong một chu kỳ năng lượ ng ion hóa I1 tăng dần,phù hợ p vớ i sự biến thiên nhỏ dần của bán kính nguyên tử.

Có hai biến thiên bất thườ ng xảy ra ở đây là:- Từ IIA qua IIIA, năng lượ ng I1 giảm do có sự chuyển từ cấu hình bền ns2 quacấu hình kém bền hơ n ns2np1 (electron p chịu ảnh hưở ng chắn của các electron snên liên kết vớ i hạt nhân kém bền chặt hơ n).

- Từ VA qua VIA, năng lượ ng I1 giảm do có sự chuyển từ cấu hình bền ns2np3 quacấu hình kém bền hơ n ns2np4 (trong p3 chỉ có các electron độc thân, p4 có một cặpghép đôi, xuất hiện lực đẩy giữa các electron).

Bài 5: Cho bảng sau:Nguyên tố Ca Sc Ti V Cr Mn

Năng lượ ng ionhóa I2 (eV)11,87 12,80 13,58 14,15 16,50 15,64

Hãy giải thích sự biến đổi năng lượ ng ion hóa thứ 2 của các nguyên tố trong bảng.Giải.

Cấu hình electron của các nguyên tố.Ca: [Ar] 4s2 Sc: [Ar]3d14s2 Ti: [Ar] 3d24s2 V:[Ar] 3d34s2

Cr:[Ar] 3d5

4s1

Mn:[Ar] 3d54s2 Năng lượ ng ion hóa thứ hai ứng vớ i sự tách electron hóa trị thứ hai. Từ Ca đến Vđều là sự tách electron 4s thứ hai. Do sự tăng diện tích hạt nhân nên lực hút giữahạt nhân và các electron 4s tăng dần, do đó năng lượ ng ion hóa thứ I2 cũng tăngđều đặn. Đối vớ i Cr, do cấu hình elctron đặc biệt vớ i sự chuyển động 1 electron từ 4s về 3d để sớ m đạt đượ c phân lớ p 3d5 đầy một nửa, electron thứ hai bị tách nằmtrong cấu hình electron bền vững này cho nên sự tách nó đòi hỏi tiêu tốn nhiềunăng lượ ng hơ n nên I2 của nguyên tố này cao hơ n nhiều so vớ i V. Cũng chính vì






25/72

25

vậy mà khi chuyển sang Mn, 2 electron bị tách nằm ở phân lớ p 4s, giá trị I2 của nóchỉ lớ n hơ n của V vừa phải, thậm chí còn nhỏ hơ n giá trị tươ ng ứng của Cr.

Bài 6: Có thể viết cấu hình electron của Ni2+ là:Cách 1 : Ni2+ [1s22s22p63s23p63d8] Cách 2 : Ni2+ [1s22s22p63s23p63d64s2]

Áp dụng phươ ng pháp gần đúng Slater, tính năng lượ ng electron của ion Ni2+ vớ i

mỗi cách viết trên (theo đơ n vị eV). Cách viết nào phù hợ p vớ i thực tế tại sao?Giải.Năng lượ ng của một electron ở phân lớ p l có số lượ ng tử chính hiệu dụng n* đượ ctính theo biểu thức staler.

E n,l = -13,6 (Z-b)2 /n*2

Vớ i cách viết 1: [Ar] 3d8

E1s= -13,6 (28 – 0,3)2 /12 = -10435, 1 eV

E2s,2p= -13,6 (28 – 0,85.2 – 0,35.7)2 /22 = -1934,0 eV

E3s,3p= -13,6 (28 – 1 . 2 – 0,85 . 8 – 0,35 . 7)2

/32

= -424,0 eVE3d= -13,6 (28 – 1 . 18 – 0,35 . 7)2 /32 = - 83,1 eV

E1 = 2E1s + 8E2s,2p + 8E3s,3p + 8E3d = - 40423,2 eV

Vớ i cách viết 1: [Ar] 3d64s2 E1s= -13,6 (28 – 0,3)

2 /12 = -10435, 1 eVE2s,2p= -13,6 (28 – 0,85.2 – 0,35.7)

2 /22 = -1934,0 eVE3s,3p= -13,6 (28 – 1 . 2 – 0,85 . 8 – 0,35 . 7)

2 /32 = -424,0 eVE3d= -13,6 (28 – 1 . 18 – 0,35 . 5)

2 /32 = - 102,9 eV

E4s= -13,6 (28 – 1 . 10 – 0,84 . 14 - 0,35)2

/3,72

= - 32,9 eV

E2 = 2E1s + 8E2s,2p+ 8E3s,3p+ 6E3d + 2E4s = -40417,22 eV

Nhận xét: E1 thấp hơ n E2, do đó cách viết 1 ứng vớ i trạng thái bền hơ n.Kết quả thu đượ c phù hợ p vớ i thực tế là trạng thái cơ bản ion Ni2+ có cấu hình

electron [Ar] 3d8+.

Bài 7: Biết Nn = -13.6.Z2 /n2. (n: số lượ ng tử chính, Z: số đơ n vị điện tích hạtnhân.)

a/ Tính năng lượ ng 1 e trong trườ ng lực 1 hạt nhân của hệ N6+

, C

5+

, O

7+

.b/ Qui luật liên hệ giữa En vớ i Z tính đượ c ở trên phản ánh mối uan hệ nào giữa hạtnhân vớ i các electron trong các hệ đó?c/ TrÞ sè n¨ng l−îng tÝnh ®−îc cã quan hÖ víi n¨ng l−îng ion ho¸ cña mçi hÖ trªnhay kh«ng? Tính năng lượ ng ion hóa của mỗi hệ. Tính En, theo đầu bài, n phảibằng l tính E1.

Giải :a. Do ®ã c«ng thøc lµ E1 = −13,6 Z

2 (ev) (2’)Thø tù theo trÞ sè Z: Z = 6 → C5+ : (E1) C

5+ = −13,6 x 62 = −489,6 eVZ = 7 → N6+ : (E1) N

6+ = −13,6 x 72 = −666,4 eV






26/72

26

Z = 8 → O7+ : (E1) O7+ = −13,6 x 82 = −870,4 eV

b) Quy luËt liªn hÖ E1víi Z: Z cµng t¨ng E1cµng ©m (cµng thÊy).Qui luËt nµy ph¶n ¸nh t¸c dông lùc hót h¹t nh©n tíi e ®−îc xÐt: Z cµng lín lùc hótcµng m¹nh → n¨ng l−îng cµng thÊp → hÖ cµng bÒn, bÒn nhÊt lµ O7+.c). TrÞ n¨ng l−îng ®ã cã liªn hÖ víi n¨ng l−îng ion ho¸, cô thÓ:

C5+ : I6 = −(E1, C5+) = + 489, 6 eV.

N6+ : I7 = −(E1, N6+) = + 666, 4 eV.O7+ : I8 = −(E1, O

7+) = + 870,4 eV.

Bài 8: Tính năng lượ ng ion hóa thứ 1 của nguyên tử cacbon.

Bài 9: Tính năng lượ ng ion hóa thứ 1, 2 của nguyên tử oxi






27/72

27

Phần 3. Cấu trúc phân tử 3.1

Liên kết hóa học3.1.1 Liên k ế t ion Liên k ế t ion là liên k ế t đượ c hình thành do lự c hút t ĩ nh đ iện giữ a các ion mangđ iện tích trái d ấ u.Liên kết ion là liên kết đượ c hình thành từ hai nguyên tử của hai nguyên tốcó

độ âm điện rất khác nhau, một bên là kim loại điển hình có độ âm điện rất bé, mộtbên là phi kim điển hình có độ âm điện rất lớ n, như trườ ng hợ p giữa các kim loạikiềm hoặc kim loại kiềm thổ và halogen hoặc oxi. Khi đó xẩy ra sự chuyển dịchelectron từ một nguyên tửcó tính dươ ng điện mạnh sang một nguyên tửcó tính âmđiện mạnh để tạo thành cation và anion, các ion ngượ c dấu hút nhau bằng lực hútt ĩ nh điện. Vậy bản chất của liên kết ion là lực hút t ĩ nh điện giữa các ion trái dấu.Ví dụ: phân tử NaCl, electron đượ c chuyển từ Na sang Cl để tạo thành Na+ và Cl-.

Na + Cl → Na+ + Cl- → NaCl2s22p63s1 3s23p5 2s22p6 3s23p6

Khi đó các ion Na+và Cl- đượ c hình thành bở i sơ đồ sau:

Na - e →Na+

Cl + e →Cl- Nhưvậy, sựhình thành trong liên kết ion, là do sựphân bốlại các ion một cáchđều đặn trên các nút mạng lướ i tinh thểvà giữa chúng tồn tại lực tươ ng tác t ĩ nhđiện về mọi phía. Điề u kiện t ạo thành liên k ế t ionĐộâm điện của 2 nguyên tửtham gia liên kết phải khác nhau nhiều (hiệu số độ âm điện ≥2). Đặc đ iể m của liên k ế t ion

- Mỗi ion tạo ra điện trườ ng xung quanh nó, nên liên kết ion xảy ra theo mọi hướ nghay thườ ng nói liên kết ion là liên kết không có hướ ng.- Không bảo hoà, ngh ĩ a là mỗi ion có thểliên kết đượ c nhiều ion xung quanh nó.- Liên kết rất bền.Do hai tính chất này mà các phân tửhợ p chất ion có khuynh hướ ng tựkết hợ p lạimạnh mẽ, các phân tửion riêng lẻchỉtồn tại ở nhiệt độcao. Còn ở nhiệt độthườ ngmọi hợ p chất ion đều tồn tại ở trạng thái rắn, có cấu trúc tinh thểvà toàn bộtinh thể đượ c xem nhưmột phân tửkhổng lồ.3.1.2 Liên k ế t cộng hóa tr ị 3.1.2.1 Thuyế t liên k ế t hoá tr ịcủa VB (Valence Bond).

Thuyết VB dùng sự xen phủ của các orbital nguyên tử(AO) để mô tả sự tạothành các liên kết. Tuy theo tính đối xứng của vùng xen phủ giữa các AO tham gialiên kết đối vớ i trục liên kết (trục vớ i tâm 2 hạt nhân), ngườ i ta phân biệt liên kếtxích ma (σ), liên kết (π), và liên kết (δ).* Liên k ế t σ : Đượ c hình thành khi các obitan nguyên tử(AO ) tham gia liên kết xenphủdọc theo trục liên kết (theo trục nối giữa hai hạt nhân nguyên tử).

Liên kết σ giữa hai nguyên tử Liên kết σ có tính đối xứng trục và khá bền.






28/72

28

* Liên k ế t π

Đượ c hình thành khi có sựxen phủcác AO hoá trịvềhai phía của trục nối giữahai hạt nhân nguyên tửtươ ng tác.

Liên kết π Liên kết σbền hơ n liên kết π.Liên kết πlàm thành mặt phẳng đối xứng vớ i trục liên kết.Chú ý: Giữa 2 nguyên tửliên kết vớ i nhau trong phân tửbao giờ cũng chỉtồn tại mộtliên kết σ, còn sốliên kết πcó thểbằng 0, 1, 2.

Sự xen phủ xich ma và pi của các obitan nguyên tử ♦ Liên k ế t δ Liên kết này ít gặp, đó là liên kết suất hiện do sựxen phủcủa các orbital d.

Luận đ iể m cơ bản của thuyế t VB:

- Trong phân tử các electron vẫn chuyển động trên các AO.- Mỗi liên kết cộng hoá trị đượ c tạo thành do sự ghép đôi 2 electron độc thân cóspin trái dấu của 2 nguyên tử khác nhau tươ ng tác vớ i nhau, cặp electron này đượ cxem nhưchung cho cả2 nguyên tử.- Khi đó xảy ra sự xen phủ giữa 2 đám mây electron liên kết, sự xen phủ càngmạnh thì liên kết càng bền.

Ví dụ: Sự hình thành liên kết trong phân tử H2.

Những đườ ng lượ n sóng trên sơ đồ biểu thị sự tạo thành liên kết cộng hoá trị.- Liên kết đượ c phân bố theo phươ ng mà tại đó sự xen phủ lẫn nhau giữa các AOtham gia liên kết là lớ n nhất, và như vậy sẽ có những phươ ng đượ c ưu tiên trongkhông gian phù hợ p vớ i cấu hình không gian của phân tửvì vậy liên kết cộng hoátrịcó tính định hướ ng.- Liên kết cộng hoá trị có tính bão hòa, ngh ĩ a là mỗi liên kết chỉ đảm bảo bở i 2electron và ở một nguyên tử tham gia liên kết chỉcó một số giớ i hạn các liên kếthoá trị.






29/72

29

Ví dụ: N kết hợ p vớ i H tạo NH3, không tạo ra các phân tử NH4, NH5 S liên kết vớ i H tạo H2S, không tạo ra các phân tửH3S, H4S

3.1.2.2 Lai hóa obitan

3.1.2.2.1 Điề u kiện xả y ra lai hóa- Muốn cho sự lai hóa xảy ra thì các orbital nguyên tử tham gia lai hóa phải có mứcnăng lượ ng gần bằng nhau.Mức năng lượ ng càng xa nhau sự lai hóa càng kém bền

. - Điều kiện thứ hai để sự lai hóa xảy ra là mật độ electron phải lớ n.Có thể thấynếu trong cùng một chu kỳ khi đi từ trái sang phải thì mật độ eclectron tăng dầncòn ngượ c lại nếu trong một nhóm khi đi từ trên xuống thì mật độ eclectron tăngdần và khả năng lai hóa cũng tăng và giảm xuống

- Trạng thái lai hóa càng bền khi mức độ che phủ của các orbital nguyên tử cànglớ n.

- Nếu các điều kiện trên không đượ c thỏa mãn thì sự lai hóa không thể xảy rahoặc xảy ra không hoàn toàn.3.1.2.2.2

Các d ạng lai hóa.

3.1.2.2.2.1 Lai hóa spĐượ c tạo thành do sự tổ hợ p một orbital s vớ i một orbital p ( của cùng mộtnguyên tử) cho ra hai orbital lai hóa sp phân bố đối xứng vớ i hai trục nằm trêncùng một cùng đườ ng thẳng.

Ví d ụ : phân tử BeH2 có góc hóa trị xác định bằng thưc nghiệm H – Be – Hbằng 180o kết quả này phù hợ p vớ i thực nghiệm.Cấu tạo phân tử BeH2 có thể giải

thích như sau : khi phản ứng vớ i H nguyên tử Be bị kích thích nên cấu hìnheclectron lớ p ngoài cùng trở thành 2s22p1.Nhưng không phải Be dùng trực tiếp haiorbital hóa trị 1 để liên kết vớ i các orbital hóa trị của H. Trong trườ ng hợ p này,trướ c khi tham gia tạo liên kết , trong nội bộ nguyên tử Be đã xảy ra sự lai hóa spgiữa các orbital 2s và 2p

Hai eclectron hóa trị của nguyên tử Be sẽ phân bố trên các orbital lai hóa sp

tạo thành. Sau đó chính các orbital lai hóa sp chứa một eclectron này mớ i che phủ hai orbital hóa trị 1s của nguyên tử H để tạo thành hai liên kết Be –H

Do các liên kết Be – H phân bố dướ i các góc 180o nên phân tử BeH2 phải códạng đườ ng thẳng và HBeH = 180o[1]3.1.2.2.2.2 Lai hóa sp

2 ( lai hóa tam giác )






30/72

30

Đượ c tạo thành do sự tổ hợ p một orbital 1s và hai orbital 2p ( của cùng mộtnguyên tử ). Kết quả tạo thành ba orbital lai hóa sp2 phân bố đối xứng dướ i góc120o.Do đó liên kết tạo thành vớ i sự tham gia của các orbital lai hóa sp2 cũng sẽ phân bố dướ i góc như vậy.

[1]Ví d ụ : Xét phân tử BCl3 có dạng tam giác đều vớ i góc hóa trị ClBCl = 120o

Nguyên tử B bị kích thích có cấu hình electron lớ p ngoài cùng 2s12p2 và khitham gia tạo liên kết vớ i các nguyên tử Cl nó ở trạng thái lai hóa sp2, tươ ng ứngvớ i sự tự che phủ lẫn nhau giữa orbital 2s và orbital 2p ,ví dụ 2px và 2py củanguyên tử B

Các orbital lai hóa sp2 này đều chứa một electron hóa trị và tham gia che phủ vớ i 3 orbital hóa trị 1 electron 3px của các nguyên tử Cl tạo thành ba liên kết B –Cl

Qua thực nghiệm ta cũng chứng minh đượ c phân tử BCl3 có cấu hình khônggian và góc hóa trị như đã trình bày.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng liên kết B – Cl không phải là liên kết đơ n. Liên kếtnày có bậc lớ n hơ n một do có sự che phủ bổ sung giữa orbital hóa trị tự do của Bvà orbital chứa cặp electron hóa trị tự do của Cl .Do đó chúng tạo nên liên kết π






31/72

31

giữa B và Cl , nhưng liên kết π này không nằm có định mà thay đổi liên tục giữa baliên kết B – Cl.[1]3.1.2.2.2.3 Lai hóa sp

3

Đượ c tạo thành khi tổ hợ p 1 orbital s và 3 orbital p ( của cùng một nguyên tử ).Kết quả tạo thành 4 orbital lai hóa sp3 phân bố đối xứng nhau trong không giantheo hướ ng đến 4 đỉnh của một tứ diện đều và dướ i những góc 109o28’

[1]Ví d ụ :Phân tử CH4 có dạng lai hóa sp3 .Vớ i cấu hình electron lớ p ngoài cùng

ở trạng thái kích ls22s12p3 nguyêntử C có khả năng tạo bốn liên kết hóa trị nhưngkhông phải bằng 4 orbital hóa trị 1 electron 2s, 2px, 2py, 2pz mà bằng 4 orbital lai

hóa sp3chứa một electrron, đượ c tạo thành do sự trộn lẫn của các orbital nguyêntử 2s, 2px, 2py, 2pz

Các orbital lai hóa sp3 chứa một electron hóa trị này che phủ vớ i 4 orbital hóa

trị 1s của các nguyên tử H tạo thành 4 liên kết C – H

Do nguyên tử C trung tâm ở trạng thái lai hóa sp3 nên 4 liên kết C – H tạonên những góc hóa trị 109o28’ và phân tử CH4 có cấu hình tứ diện đều.Ngoài những kiểu lai hóa quan trọng vừa nêu trên còn có những kiểu lai hóa phức

tạp hơ n.[1]3.1.2.2.2.4 Lai hóa sp3d Các orbital s,px,py,pz dz2 lai hóa cho 5 orbital lai hóa trục hướ ng về năm đỉnh

của một lưỡ ng chóp tam giác . Ví dụ như phân tử PCl5 ....






32/72

32

3.1.2.2.2.5 Lai hóa sp3d

2 Các orbital s,px,py,pz,dx2-y2,dz2 tổ hợ p cho 6 orbital lai hóa trục hướ ng về 6

đỉnh của một hình tám mặt.Ví d ụ: phân tử SCl6

Theo thuyết lai hóa thì ứng vớ i một kiểu lai hóa thì sẽ có một cấu hình không gianvà góc lai hóa nhất định.Chẳng hạn, sp =180o, sp2 = 120o, sp3 = 109o28’ .Tuy nhiêntrong thực tế không phải bao giờ các phân tử các phân tử cũng đều có góc hóa trị như trên, trái lại thực tế cho thấy đối vớ i nhiều hợ p chất góc hóa trị đặc trưng chochúng lại có giá trị sai lệch ít nhiều.Ví dụ : phân tử H2O có góc hóa trị là 104o5’,phân tử NH3 có góc hhóa trị là 107o3’ ,ngh ĩ a là gần vớ i giá trị 109o28’.Phân tử

ClO

2-

có góc hóa trị là 118

o

gần vớ i giá trị 120

o

....[1]Sự sai lệch trên về góc hóa trị đã đượ c giải thích bằng thuyết đẩy nhau giữa cáccặp electron hóa trị của Gillespie R.J

Lớ p hóa trị : là lớ p electron ngoài cùng của một nguyên tử có các electron tham giatạo liên kết.

Các cặp electron lớ p hóa trị phải đượ c phân bố cách xa nhau nhất để có đượ c lựcđẩy nhỏ nhất giữa chúng do đó các phân tử sẽ bền.

Có sự không tươ ng đươ ng giữa cặp electron liên kết vớ i cặp electron không liênkết.Cặp electron liên kết chịu lực hút của cả hai hạt nhân nguyên tử tạo ra liênkết,trong khi

đó c

ặp electron không liên k

ết ch

ỉ ch

ịu l

ức hút c

ủa m

ột h

ạt nhân

nguyên tử.Kết quả là cặp electron không liên chiếm một khoảng không gian rộnghơ n so vớ i cặp electron liên kết.

Độ mạnh của lự c đẩ y giảm d ần theo thứ t ự

C ặ p electron hóa tr ị t ự do - cặ p electron hóa tr ị t ự do > C ặ p electron hóa tr ị t ự do – cặ p electron liên k ế t > cặ p electron liên k ế t - cặ p electron liên k ế t.

Đối vớ i các phân tử phân tử loại ABn không có chứa cặp electron hóa trị tự dothì phân tử có cấu hình không gian lý tưở ng phụ thuộc vào số cặp electron liên kếtσ .

Trong trườ ng hợ p phân tử ABn có chứa cặp electron hóa trị tự do thì do lực đẩymạnh hơ n của các cặp electron hóa trị tự do đối vớ i các electron liên kết mà góchóa trị giảm xuống và cấu hình phân tử thay đổi phụ thuộc vào số cặp electron hóatrị tự do.

Trong trườ ng hợ p nguyên tử trung tâm của phân tử có electron hóa trị độc thânthì dự đoán trạng thái lai hóa cũng như cấu hình của phân tử , ngườ i ta xemelectron độc thân như một cặp electron hóa trị tự do, nhưng trong trườ ng hợ p nàyảnh hưở ng của nó đối vớ i góc liên kết sẽ khác đi : lực đẩy của electron hóa trị độcthân yếu hơ n cặp electron liên kết nên góc hóa trị sẽ tăng.






33/72

33

Để hiểu rõ hơ n về lý thuyết này ta xét các ví dụ sau :Ví d ụ 1 :Xét các phân tử CH4, NH3,H2O

Góc hóa trị của chúng là 109o28’, 107o3’, 104o5’ bằng hoặc gần bằng vớ i109o28’ nên có thể nói các nguyên tử trung tâm C,N,O đều ở trạng thái lai hóa sp3 và chúng sử dụng các orbital lai hóa sp3 để che phủ vớ i các orbital 1s của nguyêntử H.Do đó chúng có cấu hình không gian như trên.

Trong phân tử CH4 không có cặp electron hóa trị tự do nào ở nguyên tử trungtâm C,các cặp electron đều liên kết nên lực đẩy giữa chúng là như nhau do đó sự phân electron hoàn toàn đối xứng.

Trong phân tử NH3 , nguyên tử N trung tâm có một cặp electron hóa trị tự do,cặpnày phân bố trên một orbital lai hóa sp3.Do tác dụng đẩy của nó vớ i các cặpelectron liên kết N – H nên góc hóa trị HNH nhỏ hơ n 109o28’ một ít

Trong phân tử H2O nguyên tử O trung tâm có đến hai cặp electron hóa trị tự dochiếm hai orbital lai hóa sp3 nến tác dụng đẩy của chúng đối vớ i liên kết O – H lớ nhơ n trong phân tử NH3 và do đó góc hóa trị HOH càng nhỏ hơ n so vớ i 109o28’.

Ngoài ra,sự có mặt của các cặp electron hóa trị tự do này cũng làm thay đổi cấuhình không gian phân tử các ,hợ p chất .Chẳng hạn,đối vớ i ba phân tử nêu trên,CH4 có cấu hình tứ diện đều,NH3 có dạng khối tháp,H2O có dạng góc mặc dù cácnguyên tử trung tâm C,N,O đều có lai hóa giống nhau.

Ví d ụ 2 : Xét phân tử NO2 có dạng góc vớ i góc hóa trị ONO = 135o. Đặc điểmnày có thể giải thích như sau : trong phân tử NO2, số liên kết σ là 2, số electron tự do của N bằng 17 -16 = 1; nhưng do một electron này đượ c xem là một cặpelectron hóa trị tự nên tổng số liên kết σ và số cặp electron hóa trị tự do bằng 3 vànhư vậy nguyên tử N phải ở trạng thái lai hóa sp2,phân tử NO2 ở dạng góc.Tuynhiên do electron hóa trị độc thân của N đẩy yếu hơ n các cặp electron liên kết nêngóc hóa trị phải lớ n hơ n 120o và bằng 135o.

Tóm lại,để dự đoán cấu hình không gian,góc hóa trị của phân tử cần phải tính số cặp electron liên kết σ ( hay số nguyên tử biên liên kết vớ i nguyên tử trung tâm củaphân tử) và số cặp electron hóa trị tự do của nguyên tử trung tâm rồi dựa vào mối

quan hệ giữa cấu hình phân tử và số cặp electron liên kết , số cặp electron hóa trị tự do, cũng như các yếu tố có ảnh hưở ng đến sự phân bố của các cặp electron để suyra góc hóa trị và cấu hình không gian của phân tử.3.1.2.3

Thuyế t lai hóa MoPhươ ng pháp tổ hợ p tuyến tính (MO – LCAO)(Molecular Orbital Linear Combination of Atomic Orbital)Trong phân tử, khi một electron chuyển động gần một hạt nhân nguyên tửnàođó, thì lúc đó electron này sẽchịu tác dụng chủyếu của điện trườ ng hạt nhân đó,còn tươ ng tác giữa electron khảo sát đối vớ i electron và hạt nhân còn lại là khôngđáng kể. Khi đó một cách gần đúng vềmặt toán học, ta có:






34/72

34

φ1, φ2,…. là hàm sóng AO mô tả trạng thái chuyển động của từng electron;C1, C2,…là hệ sốcủa hàm AO hay phần đóng góp của từng electron vào quá trình

hình thành liên kết.

* Điều kiện tổhợ p có hiệu quảcác AO.- Các AO phải có cùng tính chất đối xứng.- Năng lượ ng các AO phải xấp xỉnhau.- Các AO phải xen phủnhau rõ rệt.Vềmặt định tính, để biết đượ c các AO có cùng tính chất đối xứng hay không, cóthểdựa vào sự xen phủdươ ng, âm hoặc bằng không của các AO (hình dướ i). Chỉcó sựxen phủdươ ng mớ i có thểtạo liên kết và trong trườ ng hợ p này các AOmớ i có cùng tính chất đối xứng, ngh ĩ a là chúng mớ i tổhợ p đượ c vớ i nhau. Tuynhiên việc tổhợ p có hiệu quảhay không còn phụthuộc vào hai điều kiện còn lại.

Sựxen phủcủa các obitan* Các đặc tr ư ng của liên k ế t cộng hoá tr ịtrong phươ ng pháp MO:

- Chỉ sốliên kết hay độ bội liên kết (N).n - sốelectron nằm ở MO liên kết; n* - sốelectron nằm ở MO phản liên kết.- Độ dài liên kết bằng khoảng cách giữa tâm của hai hạt nhân, độ dài liên kếtcàng nhỏ khi chỉ số liên kết càng lớ n.- Năng lượ ng liên kết càng lớ n khi liên kết càng bền.

Thuyế t MO cho phân t ử hai nguyên t ử đồng hạch thuộc chu k ỳ2

Bao gồm: Li2, Be2, B2, C2, N2, O2, F2, Ne2.* Nguyên tắc chung- MO đượ c thiết lập là do sự tổ hợ p tuyến tính các AO hoá trị (các electronphân lớ pngoài cùng). Sự tổ hợ p của n AO sẽ tạo thành n MO.- Các AO xen phủ lẫn nhau theo các điều kiện:+ Có mức năng lượ ng xấp xỉ nhau;






35/72

35

+ Có khảnăng xen phủ nhau ở một mức độ đáng kể;+ Có cùng tính đối xứng vớ i trục liên kết;- Tùy theo hướ ng xen phủ các AO, ta sẽcó:+ Nếu 2AO xen phủ dọc trục liên kết, ta có các MO-σ;+ Nếu 2AO xen phủ hai bên sườ n liên kết, ta có các MO-π.- Sự hình thành MO liên kết, MO phản liên kết phụthuộc vào dấu của các AO

tham gia tổ hợ p tuyến tính.* Giản đồMO- Các nguyên tử ở chu kỳ 2 đều có 4 AO hoá trịkhi tạo thành phân tử A2 bằngcác tổ hợ p sau: (hình 19)

Hai giản đồ năng lượ ng MO của các phân t ử A2 thuộc chu k ỳ 2- Giản đồa) là của các phân tửcuối chu kỳ: O2, F2 và Ne2. Trong trườ ng hợ p này,hiệu ứng năng lượ ng Enp– Ens ở các nguyên tửlớ n nên không có sự ươ ng tác σs- σz.Cấu hình electron của các phân tử O2, F2, Ne2có dạng:

( hình a) )






36/72

36

- Giản đồ b) là của các phân tử đầu chu kỳ: Li2 , Be2, B2, C2, N2 . Trong trườ ng hợ pnày, hiệu ứng năng lượ ng Enp– Ens tươ ng đối nhỏnên khi tạo thành phân tử A2có sự tươ ng tác σs- σz làm cho mức năng lượ ng các MO σz và πx, πy thay đổi so vớ i giảnđồ a).Cấu hình electron của các phân tửLi2 , Be2, B2, C2, N2 có dạng:

( hình b) )Kí hiệu (KK) ở đây chỉ rằng có 4e (1s2 ) của hai nguyên tửcủa lớ p K không thamgia tạo thành MO.( hình b) )Ví dụ:- Phân tử Li2có 6e, Cấu hình electron Li2: σs

2 N = 1l = 2,67 A0 E = 105 kj/mol

- Phân tử Be2 có 8e, Cấu hình electron Be2: σs2σs*2 ( N = 0, nên phân tử không tồn tại ).

- Phân tử B2có 10e, Cấu hình electron B2: σs2σs*2πx1= πy1 N = 1, nên phân tửbền.l = 1,59 A0 E = - 287 kj/mol

Phân tử có 2e độc thân nên có tính chất thuận từ.- Phân tử N2có 14e, Cấu hình electron N2: σs2σs*2πx2= πy2σz2

N = 3, liên kết 3: N≡ Nl = 1,10 A0 E = -942 kj/mol

- Phân tử O2có 16e, Cấu hình electron O2: σs2σs*2σz2πx2= πy2πx*1= πy*1 N = 2

l = 1,21 A0 E = -494 kj/mol

Phân tửcó 2e độc thân nên có tính chất thuận từ.- Phân tử F2có 18e, Cấu hình electron F2: σs2σs*2σs2πx2= πy2 πx*2= πy*2

N = 1,l = 1,42 A0 E = -155 kj/mol

- Phân tử Ne2: không tồn tại.

Thuyế t MO cho phân t ử có hai hạt nhân khác nhau AB

Về nguyên tắc các xây dựng các MO đối vớ i các phân tửdạng AB hoàn toàn

giống vớ i phân tử dạng A2.

Do trong phân tửAB, các AO có tính đối xứng khác nhau, nên phần xen phủ

tạo thành MO khác nhau. Vì vậy chỉcó các AO có cùng tính đối xứng mớ i tham giatạo tính liên kết.

Trong hai nguyên tửA và B, nguyên tửnào có độâm điện lớ n hơ n sẽcó mức






37/72

37

năng lượ ng AO bền hơ n và đượ c biểu diễn thấp hơ n trên bản đồnăng lượ ng (hình20):

Giản đồnăng lượ ng MO của các phân tửABVí dụ: N2 ; CO ; CN

- ; NO+ có công thức e phân tử giống hệt nhau.

Phân tử, ion N2 CO CN– NO+

Tổng số e 14 14 14 14∗

xσ

∗∗ z y

π π ,

xσ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑

z y π π , ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑

∗sσ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑

sσ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑

Bậc liên kết 3 3 3 3

Độ dài liên kết ( Å ) 1,10 1,13 1,14 1,06Năng lượ ng lk

(kJ/mol)940 1073 1004 1051

Từ tính nghịch từ nghịch từ nghịch từ nghịch từ






38/72

38

3.1.2.4 Thuyết Lewisa. Khái quátLà loại liên kết bằng cặp electron chung hình thành giữa các nguyên tử giống

nhau hay không khác nhau nhiều về độ âm điện. Chúng sử dụng các electron làmthành cặp electron dùng chung cho cả 2 nguyên tử, khi đó chúng cũng có đượ c cấuhình bền vững của khí hiếm, liên kết này gọi là liên kết cộng hoá trị- mỗi cặpelectron dùng chung tạo thành một liên kết. Vậy liên kết cộng hoá trị là liên kếtbằng cặp electron chung.

b. Nội dung và phạm vi áp dụng của công thứcNội dung: quy ướ c dùng một dấu chấm (.) để biểu thị một electron; hai dấuchấm (:) hoặc một vạch (–) để chỉ một đôi electron trong nguyên tử hay phân tử.Công thức hóa học có dùng kí hiệu trên đượ c gọi là công thức cấu tạo Lewis.

Thí dụ: Các cách viết công thức cấu tạo Lewis cho NH3, CO2

WWW.FACEBOOK.COM/

skkn hÓa hỌc - hệ thống lý thuyết và bài tập về cấu tạo nguyên tử và liên...

Documents