Tải bản đầy đủ

doi xung phan tu va ung dung li thuyet nhom trong hoa hoc dao dinh thuc

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

TP
.Q
UY

NH
ƠN

Đ À O Đ ÌN H T H Ứ C

ế



DI


N


ĐÀ
N

TO
ÁN

-L

Í-



A

10

00

B

TR


N



NG

ĐẠ
O

s ế lS É M
n ìiT v
V À ỨNG DỤNG
LÍ THUYẾT N1ỈÓM
TKONG liOÁ liỌC

NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DUC



Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

DI


N

ĐÀ
N

TO
ÁN

-L

Í-



A

10

00

B

TR


N



NG

ĐẠ
O

TP
.Q
UY

NH
ƠN

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

ỉ. T H U Y Ế T SỨC Đ Ẩ Y C Ặo P Đ
e IỆ N T Ử H Ó A T R Ịt

TP
.Q
UY

VÀ HÌNH HỌC PHÂN TỬ

NH
ƠN

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

§1. HÌNH HỌC PHÂN TỬ

ĐẠ
O

© Cấu tạo hình học của phân tử được xác định bởi độ dùi các
liên kết tức là khoảng cách giữa các hạt nhân của hai nguyên tử

NG

liên kết trực tiếp với nhau và các iỊÓc liên kết tức là cảc góc tạo bởi



hai nửa đường thẳng xuất phát từ hạt nhân nguyên tử trung tâm và

N

đi qua hạt nhàn các nguyên tử liên kết trực tiếp với nguyên tử trền.

TR


® Độ dài liên kết được xác định

chủ yếu bởi kích thước của các

B

nguyên tử liên kết và năng lượng liên

00

kết. Vì vậy, chính từ độ dài liên kết

10

người ta đưa ra định nghĩa quy ước



A

về bán kính nguyên tử.

TO
ÁN

-L

Í-

© Năng lượng liên kết là thước đo độ
bền của liên kết. Đối với 2 nguyên tử
Hình ỉ - ỉ . Phân tử H20
xác định, khi bậc liên kết tăng thì năng lượng liên kết tăng theo và
do đó dẫn đến sự giảm độ dài liên kết. Ví dụ:

c-c

c= c

Năng lượng liên kết [kJ/mol]

348

612

Độ dài liên kết [ A ]

1,54

1,34

DI


N

ĐÀ
N

Liên kết



oc
815
1,2

Tuỳ theo bản chất của các nguyên tử và các liên kết cũng

như tuỳ theo số nguvên !• i ong phân í ử mà xuất hiện nhiều cách

7
Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

AB

Dạng hình học

NG

Ví dụ



Loại
phân
tử

ĐẠ
O

TP
.Q
UY

NH
ƠN

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

Ho

Ệ— 0,74A g
W
, H

HO

TR


N

Thặng
0

.

1,27 Ẵ

®a

ÁB7

00

B

H1 '

10

Thẳng

1
0

1,16A

-------------------------

1
C

1


-----------------------



A

.

ÍTO
ÁN

-L

/
H
c

^

5\

cs2, BeCl2
H2S, so 2,

H
HgO



"

■NO„H,Se

X

0

ĐÀ
N

ị5Ẳ
Ị- V

N
DI


N20 ,

96 Ẵ

Phẳng tam giác

Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú

n



Hình chữ V

a b3

r

F

19nũ
1 < c u

_

.

F

SQs, N 03",
m ,,2~ Ai n

S

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

Tháp íam giác

NH
ƠN

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

N

TP
.Q
UY


PH” PF”

H < ế £ 7 :\ - \ n

'" '• V ''

PCI,. CIO,



H

Hình chữ 1'

ĐẠ
O

AI H3

NG

cl
d ĩ , 5 ° ^ i , 6A

C1F3

TR


Tứ diện

i u

•/

\
i , 09Â

ì

^ V
-

H

ch4

s ,'^

N H , \ s o 4:_

A

10

00

B

ab4

N



,

10

Vụỏnẹ phán ụ

TO
ÁN

-L

Í-



(ch4 )

DI


N

ĐÀ
N

Tứ diên
* iêch
\ '

XeF,
ịZ 0------- (>íí___

[

*

of

i,9+x

Ạ v d /\
ểị

<\p

iM Ẵ / Ị
F < £ \rs

PđCl 4

K
\i,6 4 Ẳ

\

o\
\
Í,MẢ\ / > < ^\ V-T
"■H'
Fv

»

F

b f 44
or 4

9
Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

DI


N

ĐÀ
N

TO
ÁN

-L

Í-



A

10

00

B

TR


N



NG

ĐẠ
O

TP
.Q
UY

NH
ƠN

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

10
Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

H

NH
ƠN

A-7B4 Phẳng
qH

c9h4
NA

5

AọBộ

\

Liênkết tứdiện

NG

^

H

10

00

B

TR


N

Liên kết tam
giácphẳng

ữ°

jL

//0ỔẲ

J

CóHó

N3B3H6

-L

Í-



A

—L’os%



H

AéBô

ĐẠ
O

/

TP
.Q
UY

t * Ẳ c T ,0<3Ẳ

TO
ÁN

§2.
THUYẾT SỨC ĐẨY CẶP
ĐIỆN
TỬ HOÁ TRỊ9
v'
0
a

DI


N

ĐÀ
N


Trong việc xác định và xét đoán cấu tạo hình học của phân tử
người ta thường sử dụng mõ hình tĩnh điện về phân tử được gọi ỉà
mô hình sức đẩy cặp điện tử hoá trị thường được gọi tắt là mô
hình VSEPR (Valence Sheỉl Electron Pair Repulsion). Mô hình
này được Sidgewick và Powell đưa ra năm 1940 và được
Lenard-Jones, Gillespie và Nyhoỉm phát triển và bổ sung.
11

Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

TP
.Q
UY

NH
ƠN

• Mô hình sức đẩy cặp điện tử hoá trị cho phép xác định chính
xác các góc liên kết trong những phân tử có đối xứng cao và xct
đoán một cách định tính các góc liên kết trong những phân íứ Í!
đối xứng. Mô hình này có giá trị trực tiếp đối với những phân ỈU'
loại ABn, tuy nhiên nó cũn£ có thể được mở rộng áp dụng cho Cík
phân tử khác.

A

10

4 cặp điện tử
tại nguyên tử c
ab4



3 cặp điện tử tại
nguyên tử B
ab3

00

B

TR


N



NG

ĐẠ
O

• Với mô hình này người ta chỉ chó ý đến những điện tử hoá trị
trực tiếp bao quanh nsuyên tử trunẹ tâm A nghĩa ỉà những điện lử
Iioá trị của nguyên tử này (bao gồm cá điện íử liên kết và điện lừ
không liên Kết B. Mỗi cặp điện tử không liên kết thường được kí hiệu là E.

4 cặp điện íử
tại nguyên tử N
AB,E

4 cập điện lử
tại o
a b 2e 2.

-L

Í-

©Cơ sở lí thuyết của mô hình này là 3 tính chất đại cương của
các điện tử:

TO
ÁN

- Các điện tử đẩy lẫn nhau.

ĐÀ
N

- Các điện íử có spin giốno nhau không thể ỏ' trèn cùn 2 mót
orbital (nguyên ì í Pauli).

N

- Mặc dù có sức đẩy tĩnh điện nhưng hai điện tử có spin khác
nhau có thể ỏ’ trên cùng một orbital.

DI



Trên cơ sở của 3 tính chất trên người ta thừa nhận là với
khuynh hướng phân bố cách xa nhau ở mức tối đa. mỗi cặp điện lử

12
Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

(liên kếí cũng như tự do) cố một k h ó iiỊỊ
Ịà khônẹ. ai ao khu trú cặp diện tử.

xi.ti

/1 k h u tr ú

xác định iiọi

NH
ƠN

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

ĐẠ
O

TP
.Q
UY

Theo sự hình duns trèn, các cặp điện tử được coi ỉà phân bố
tron 0 một kh.ònẹ- ỉiiaọ hình cáu chuníỉ quanh hạt nhân nmiyén lử
trunc tâm và mỗi cặp điện tử có một khônc eian khu trú I'icne.
Hình 1-2 biểu d-ién các khỏns eian khu trú diện íủ' đối vứi nhữns
trường hợp mà chun lĩ quanh nẹuyên' lử írung tâm có 2, 3 và 4 cặp

TR


N



NG

điện tử.

Hình 1-2. \'hiìn:
DI


5

í linh 1-3, Sỉ(' Ịtlìòỉì b ỏ củ i' t n m i Ị í(!))ì riìii c ú c klìôììíỊ ạiiin

N

ĐÀ
N

TO
ÁN

Kr---

-L

Í-



A

10

00

B

® Đc đơn giãn hoa* người ta íìình dunẹ ỉà các cặp điện íử lập
trunsỉ ỏ' các cliếnì ỉ runs íâm của các khôn li gian khu trú và Cík
điếm nàv được phân bỗ trên một mậi cái! mà tâm là hạt nhân của
nguyên lử trung tâm. Sự phân bố các truníi tâm của các không
íỉian
khu trú đi én lừ đtrơc biểu diễn nhu' hình 1-3.
c
..-

kỉìK trú trẽn ỉỉiủỉ l ầu

(Trên, thực tè thườn ụ Íí íĩập íru'0'ne hưp ma chun ạ quanh nguyên

13
Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

NH
ƠN

tử trung tâm có số không gian khu trú lớn hơn sáu. Trong trường
hợp này có thể có nhiều cách phân bố gần đẳng giá).

NG

ĐẠ
O

TP
.Q
UY

®Trên cơ sở của mô hình trên, các phối tử B và các cặp điện tử
không liên kết E của nguyên tử trung tâm A được phân bố theo
hướng của các trung tâm kHông gian khu trú điện tử. Từ đó người
ta có thể suy ra sự phân bố hình học của các phối tử hay cấu trúc
hình học của phân tử. Các khả năng phân bố hình học của các
phối tử ứng với số các cặp điện tử liên kết và không liên kết khác
nhau được tóm tắt trong bảng 1 -2 .

2

0

AB,

Phân bố hình học các
cấu tử

N

Loại
phân tử

Thí dụ

TR


Số cặp
điện íử
tự do

BeH2

ca;

AB,

BF3

#o3"

a b 2e

no2

so,

DI


N

ĐÀ
N

TO
ÁN

-L

0

Í-



A

10

00

B

Số
không
gian
khu trú



Bảng. 1-2. Sự phân bố hình học các cấu tử

14
Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

NH
ƠN

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

hn

0

ch4

TP
.Q
UY

so. 2-

nh3

ĐẠ
O

so, 2'

N



NG

a b 2e 2

h 2s

pf 5

PC15

10

00

B

TR


0

ap

sf 4

SeF4

AB3E->

C1F3
BrF3

AB->E.

XC12'

DI


N

ĐÀ
N

TO
ÁN

-L

Í-



A

AELE

15
Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

TR


N



NG

ĐẠ
O

TP
.Q
UY

NH
ƠN

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

• Mó hình sức dãy cặp đicỊì tư c h o phép la đè dà ỉm ílìáv lit NU ’

B

phào hô các neiiỵcn lir tron c BeH : (ỡ trạnạ thái khí) ỉa sư phân ho

00

I h á n s . imiììi p h á n iu' BF\ phấĩìii t a m ụiá c. t m n ẹ p h â n lu (11.; nr

10

d i ệ n , troníi p h à n tử P F, hrỡn.ụ t h á p ta m iiiác va tr o n 2 p h â n tử S F fl

A

bát điện



• Trên cơ sơ của mỏ hình nàv ta CÙ11C thày ỉà các cặp điện tử tự do

Í-

c u a n ạ uy .én íừ t r u n g t â m c ũ n 2 g i ữ vai !rò (Ịuyẽí đ ị n h tiế n s ự p h à n h ô

-L

hình học của cãc phối ĩử siốníi như các cặp điẹn lử liên kếỉ.

TO
ÁN

Tronsz các phân tứ' CH.,. NH?, H X). chmiíi quanh neuvẽn tư
m u m t âm (C, N. O ) đ ề u c ó 4 c ậ p d i ệ n tử n h ư n h a u . T h e o m ỏ hỉ nil

(rên. các irune lâm của 4 khỏne cian khu Íìií được phân hò theo

ĐÀ
N

k i ể u t ứ diện. T r è n th ự c íé. 4 n g u v è n t ử H ir on 2 p h â n t ử C I i 4 n ằ m

DI


N

trên 4 dinh cùa một lứ diện đều mà íum ỉà nmiyên íử c. Trong
phân lư NHV một irong 4 dính không có niỊuyên tử mà chi cỏ cặp
đ iện tư íự d o n ê n trên thự c tế p h â n lừ N H

có c ấ u trúc t h á p tam

g i á c v ớ i n g u y c n t ừ N ở đ i n h v à 3 n ẹ u v é n t ư H ờ đ á y . Troii L’ p h a n

16
Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

NH
ƠN

tử h 20 , vì hai đỉnh không có nguyên tử mà chỉ có 2 cặp điện tử tự do
nên phân tử H2Ó có .hình chữ V mà không phải là phân tử thẳng.

ĐẠ
O

TP
.Q
UY

©Vì các cặp điện tử tự do chỉ thuộc về nguyên tử trùng tâm mà
không bị hút bởi các phối tử như những cặp điện tử liên kết nên
cặp điện tử tự do đòi hỏi một không gian khu trú lớn hơn. Vì lí do
này mà trong phân tử NH3, sự phân bố tử diện bị biến dạng, góc
'HNỀ (107,5°) nhỏ hơn góc tứ diện (109°28'), trong phân tử H 2Q,
gócíỉO H chỉ bằng 104,5° tức là cũng nhỏ-hơn góc tứ diện. .



A

10

00

B

TR


N



NG

©Khác với các cấu hình khác, cấu hình lưỡng tháp tam giác có
hai loại vị trí không tương đương tức là cẩc vị trí ở xíchjđặo và các
vi trí tỊên trục. Nếu quan sát từ một vị trí xích đạo ta chỉ thấy có
hai vị trí (trục) nằm trên đường thẳng thẳng góc với phương quan
sát và hai vị trí xích đạo khác nằm trên đường thẳng tạo với
phương quan sát một góc là 120 °, trong khi đó, ứng với một vị trí
trục có 3 vị trí (xích đạo) nằm trên đường thẳng thẳng góc với
phượng quan sát. Vì cặp điện tử. tự do đòi hỏi một không gian khu
trú lớn nên nếu có những cặp điện tử tự do thì chúng sẽ chiếm cấc
vị trí xích đạo. Điều này giải thích cấu hình tứ diện biến dạng của SF4,
SeF4; hình chữ T của Q F 3, BrF3 và cấu tạo thẳng của IQ 2“, I3~.

TO
ÁN

-L

Í-


Mộ hình trên cũng cho thấy là nếu nguyên tử trung tâm có từ
hai cặp điện tử tự do trở lên thì các cặp điện tử tự do này sẽ phân
bố ở những vị trí xa nhau với mức độ tối đa cho phểp. Điều này
giảị thích cấu hình vuông phẳng của XeF4, I Ợ 4 với hai cặp điện tử
tự do ờ các vị trí đối diện.

DI


N

ĐÀ
N

® ở trên ta đã xét những trường hợp mằ các phối tử đều giống
nhau. Trong trường hợp mà nguyên íử trùng tâm không có cặp
điện tử .tự do (trường hợp ÀBn với n = 2, 3, 4, 5, 6) thì phân tử có
một cấu tạo hình học đều đặn với những góc liên kết là những góc
hình học xác định.
7
V

17
Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

TP
.Q
UY
ĐẠ
O

NG

Hình 1-4. Sơ đồ biểu
diễn các khô nạ íỊÌcm
khu trú của các cặp
điện tử hên kết trong
phân tử có các phối
tử khác nhau (Zb>Zc )

TR


N



® Trong những trường hợp mà các phối
tử không giống nhau thì sẽ có sự sai lệch
so với những cấu hình hình học lí tưởng
trên. Muốn xét đoán chiều hướng của sự
sai lệch đó ta phải chú ý đến tương quan
giữa độ âm điện của các phối tử. Phối tử
càng âm điện nghĩa là khả năng kéo các
điện íử càng lớn thì cặp điện tử liên kết
càng có khuynh hướng đứng xa nguyên tử
trung tâm và vì vậy cặp điện tử của phối tử
âm điện ỉớn (B) cần một khoảng không
yian khu trú nhỏ và ngược lại, không gian
khu trú dành cho các phối tử dương diện
hơn (C) sẽ được mở rộng (hình 1-4).

NH
ƠN

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

10

00

B

Trên cơ sở đó ta dễ dàng giải thích sự biến thiên của các góc
HCH, C1CC1, FCF khi các nguyên ĩử H, Cl hay F trong các phân
t ử CH4, CC14, CF4, được thay thế bằng những nguyên tử âm điện
ch4



A

hơn hay dương điện hơn (Xci > Xh »Xf > Xã). CH 3C1
110,3°

CFCI3

c ĩ c c U 109,5°

111,5°

c f4
FCF = 109,5°

CF3C1



108,6°

Trong trường hợp mà nguyên tử trung tâm có íham gia liên
kết đôi, liên kết ba thì theo mô hình VSEPR các cặp ỉiên kết này
có chung một không gian khu trú được gọi lí) khôỉịo ỳan kìm trú
nhiều điện tử (không gian 4 điện tử cho liên kết đôi và khônq gian
6 điện tử cho liên kết ba). Như vậy trong trường hợp này khỉ xét
cấu hình hình học của phân tử người ta chỉ chú ý đến số cấp điện
lử tự do và số các phối tử (số các liên kết đơn, đôi hoặc ha;. Đối

DI


N

ĐÀ
N



TO
ÁN

-L

Í-

HCÌÌ = 109,5°,

CCÌ4

Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

Không
gian
bốn điện tử cho
liên kết đôi

>

Không gian hai
điện tử cho liên kết
đơn

TP
.Q
UY

sau:
Không gian hai
điên tử cho cặp >
điện tử tự do

NH
ƠN

với yêu cầu về các không gian khu trú ta có quy tắc thực nghiêm

p

o

C l^ C l
111 ,2 °



°

II ^ 1ọao
c
V

f < > f
108 °

N

0^

íII ^ 124,4°
c 1



NG

I I 120°


ĐẠ
O

- Trong các phân tử 0 = c = 0 và H - c = N, các nguyên tử c chỉ
có 2 phối tử và không có cặp điện íử tự do nghĩa là chỉ có 2 không
ơi an khu trú. Vì vậy chúng là những phântử thẳng.

00

B

TR


Trong phân tử S 0 3, chung quanh nguyên tử s có 3 không gian
khu trú tương đương (không gian 4 điện tử) vì vậy theo hình 1-3,
phân tử S0 3 là phân tử tam giác phẳng.

-L

Í-



A

10

- Trong các phân tử c o c u , COF 9 chung quanh nguyên tử trung
tâm c có 3 không gian khu trú, chúng đều có dạng tam giác
phẳng. Tuy nhiên theo nguyên tắc trên, các cặp điện tử trong các
liên kết đồi chiếm một không gian khu trú ỉớn hơn nên các góc
OCC1 hay OCF đều lớn hơn 120°, trong khi đó các góc C10C1 hay
FCF thì bé hơn 120°.
-g/ỵ
®

DI


N

ĐÀ
N

TO
ÁN

- Trong phân tử SOo, nguyên tử s có hai phối tử
và một cặp điện tử í ự do (3 không gian khu trụ). Vì
vậy phân tử này có cấu hình tam giác phẳngv ^

- Trong các phân tử SOCỈ2, SQ32~, IỌ 3“, X e0 3 các nguyên íử
trung tâm đều có 3 phối tử và một cặp điện tử tự dọ. Vì dạng phân
bố hình học cơ bản là dạne tứ diện nên với 3 phối tử, các phân tử
này có dạng tháp tam giác.
19

Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

TP
.Q
UY

NH
ƠN

® Trên cơ sở của mô hình trên ía dễ đàng giải thích sự giống
nhau về dạng phân bố hình học củạ các phối tử trong những phân
tử hay những ion có số phối tử và số điện íử bao quanh nguyên tử
trung tâm giống: nhau. 'Thí dụ:

tâ]



A ft

;

AB4

AB4

PI



, AB2E 2

A

10

00

B

TR


N



NG

ĐẠ
O

© Trong việc vận dụng mô hình sức đẩy cặp điện tử vào các
phân íử phức tạp người ta coi phân tử như là gồm các nhóm
nguyên tở kiểu ABn và khảo sát cấu hình hình học' của từng nhóm
riêng rẽ. Tuy nhiên, mô hình này không cho phép xét đoán chính
xác sự phân bố tương đối giữa các nhóm trong phân tử. Dưới đây
là một số ví dụ về sự phân tách các nhóm trong phân íử:

TO
ÁN

-L

Í-


Về nguyên tắc, mô hình VSEPR không áp dụng được cho các
phân tử mà nguyên tử trung tâm là một nguyên tử của nguyên tố

chuyển tiếp vì ở đây, trong sự khảo sát về sự phân bố hình học của
phân tử phải xéí đến vai trò của các điện tử trên các phân lớp 4
chưa bão hoà.
X"

DI


N

ĐÀ
N

Đối với các hơp chất halogenủa của các kim loai thổ kiềm thì
nói chung ĨĨ1Ô hình VSEPR vẫn được nghiệm đúng đặc biệt ỉà đối
vói beri, các hợp chất BeF2, BeCl2, Bel2, BeBr9 đều có cấu tạo
thẳng. Tuy nhiên, các phân tử haỉogenua cúa bari (chu kì 6 ) và các
phân tử MgF2, CaF 2 lại có cấu hình góc. Điều này được giải thích
là các liên kết trong các hợp chất trên đã mang nhiều tính chất của
các liên kết ion.
20

Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

NH
ƠN

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

TP
.Q
UY

I . le Đối với mỗi phân tử sau đây: F20 , NH3, BF3 hãy cho biết:

a) Số cặp điện tử liên kết và không liên kết của nguyên tử trung
tâm

ĐẠ
O

b) Cấu trúc hình học của phân tử

NG

c) Đánh giá các góc liên kết FOF, HNH, FBF (so sánh với góc
tứ diện 109°28')

b) S 03;

c) S 032~;

đ) OF2;

e) OCl2;

f) PF3;

TR


N

a) S0 2



2o Hãy cho biết dạng cấu trúc hình học của các phân tử sau:

.

d) SCỈ2
g) PC13;

h) PH 3

3 . a) Hãy so sánh các góc FOF và CIOCỈ trong các phân tử OF2

00

B

và OCỈ2.

A

10

b) Hãy so sánh các góc HPH, FPF, CỈPC1 trong các phân tử
p f 3, p c i 3, p h 3.

Í-



4. a) Cho cáe phân tử H 2Q, NH 3 hãy so sánh các góc HOH ,
HNH với góc tứ diện (109°28')

TO
ÁN

-L

b) Cho các phân tử H20 và H2S hãy so sánh các góc HOH và'
HSÌÌ .
c) Cho các phân tử H20 và F20 hãy so sánh các góc HOH và
FOF.

ĐÀ
N

5c Cho phân tử HCHO

DI


N

a) Hãy cho biết dạng cấu trúc hình học của phân tử.

Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

6 c Trên cơ sở của thuyết sức đẩy cặp điện íử

biết cấu írúc hình học của các phân íử sầu đây:
m) 0 0 3 ”, n) S O / , o) PF5

!■>

TP
.Q
UY

3, c) CH4, d) m ự , e) SF6? g)

đối
du
góc

DI


N

ĐÀ
N

TO
ÁN

-L

Í-



A

10

00

B

TR


N



NG

ĐẠ
O

a) BeCl2, b)
XeF2, k) N 0 2, 1)

NH
ƠN

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

(2
quí
tỉ

22
Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

NH
ƠN

o

LĐỐI XỨNG PHÂN TỬ

TP
.Q
UY

i)

§1. KHÁt NIỆM ĐỐI XỨNG

ĐẠ
O

r ú n g v ã mệt pấtrtníc hình học xác định, phân tử có tính chất
đối xứng xấc định. Để cụ tóhoá khái niệm đối xứng phân tử ta xét ví
dụ vé trường hợp phân tử BF3.
. .

3

c



ĐÀ
N

TO
ÁN

(nn)

-L

Í-



A

10

00

B

TR


N



NG

,
^
* BF’ CÓ cấu *9° phẳns tam giác, các
góc hên kết FBF đều bằng 120°.

Hình 11-1« Cấc phép quày C3 tạỉ phân tửBF3

DI


N

®Trước hết ta giả dụ nếu quay phân tử này một góc băpg 120
(2iĩ/3) chung quanh trục thẳng góc với 'mặt phăng phân tư va đi
qua tâm hạt nhân nguyên tử B thì nguyên tử Fị sẽ đến vị trí trùng

23
Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

NH
ƠN

với vị trí của nguyên tử F 2 ban đẩu, nguyên tử F 2 sẽ đến trùng với
vị trí của nguyên tử F 3 và nguyên tử F 3 sẽ đến vị trí trùng với vị trí
củá nguyên tử Fj.



NG

ĐẠ
O

TP
.Q
UY

Vì các nguyên íử Fj, F2, F 3 hoàn toàn giống nhau (đều là
nguyên tử flo) (sự đánh số các nguyên tử không có ý nghĩa vật lí)
nên người ta nói phép quay một góc 12 0 ° đưa phân tử trùng lên
chính nó. Người ta còn nói phép quay nói trên đưa các hat nhân
nguỵên tử về vị trí tương đương với vị trí ban đầu. Sự quay tiếp
theo mộí góc 120 ° ỉại đưa phân tử trùng ỉên chính nó và sau đó,
nếu lại tiếp tục quay thêm mộí góc bằng;. 120 ° thì các hạt nhân
nguyên tử được đưa về vị trí đồng nhất với vị trí ban đầu (I).

%I
trong
và ọh
khônị
nhau,
nó hí
định
và đu
làmặ
chiếu
trí ba

00

B

TR


N


Trong trường hợp chung, người ta gọi những phép biến đổi đầu đ
đưa một hệ trùng ỉên chính nó là những phép đối xứng. Đối với

phân tử, phép đối xứng là phép biến đổi vị trí của hạt nhận nguyên xứng
tử về vị trí tương đựơng hay vị trí đdngjihất với vị trí ban đầu.
các y
c^c *■
xuttg
®'

Vỉ góc quay 120° bằng 2n/3 nèn phép quay một góc bằng 120°
nói trên được gọi là phép quay C3, kí hiệu là C3„ Trục quay nói
trên được gọi là trục quay hay trục đối xứng bậc 3 và cũng được
kí hiệu là C3.

phân
hợp 1
cc

DI


N

ĐÀ
N

TO
ÁN

-L

Í-



A

10

Theo định nghĩa trên phép quay một góc 2n/3 phung quanh trục
thẳng góc với mặt phẳng phân tử và đi qua tâm điểm của nguyên tử B
như vậy ỉà một trong những phép đối xứng đối với phân tử BF3.

xứng
Hình II—2. Các phép phân chiếu ơtại phân tử BF3

2.

24
Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

ỉ|Éòf'cáeh tương tự nếu ta phản chiếu tất cả các nguyên tử
trbng phân tử BF3 qua mặt phẳng thẳng góc với mặí 'phang phâe tử
X c M a trục liên kết B-Fj chẳng hạn thì các nguyên tử B và ¥ l
te không thay đổi vị trí còn các nguyên tử F2 và F3 thi đổi vị trí cho
lí)" ráaự. 'ỹhỊp phản chiếu như vậy cũng đưa phân tử trùng lên chính
'ên nó hay đưa các hạt nhân nguyên tử về vị trí tương đương.Theo
ân đinh nghĩa nói trên, phép phản chiếu cũng ỉà một phép đổi xứng
êp và dược kí hiệu là ơ, trong khi đó mặt phẳng phản chiếu được gọị
tó là măt đối xứng và cũng được kí hiệu là ơ. Nếu ta lại tiếp.tục phản
ân • chiếu lần thứ hai thì các nguyên tử lại trở về vị trí đồng nhất với vị
tri ban đầu. Nói chung các phép đối xứng đưa phân tử về vị trí bạn
tổ'
đầu được gọi ỉà phép đồng nhất và được kí hiệu là E.



NG

ĐẠ
O

TP
.Q
UY

NH
ƠN

ự®{
trí

uc

ô trên ta đã nói đến trục đối'xứng và mặt đối xứng, trục đối
xứng và mặt đối xứng được gọi là các yểu tố đối xứng. Nói chung,
các yếu tố đối xứng là các trục (đường thẳng), các mật phẳng hay
các điểm hình học mà qua đó người ta thực hiện các phép đối

B

xứng.

00

B

TR


N

'ới
ên

10

.

TO
ÁN

-L

Í-



A


Tất cả các phép đối xứng có thể có của mỗi phân tử (thí dụ
0 ° phân tử BF3) xác định tính đối xứng của phân íứ đổ.'Trong trường
5 i ■ hợp chung, tính đối xứng của một hệ (phân tử, tinh thể...) được
yc
xác định bởi toàn.bộ các phép đối xứng'khả đĩ đối với hệ.đó.

§2. CÁC YỂU TỐ Đ ố i XỨNG VẢ CẮC PHÉP ĐỔI XỨNG ĐỐI

ĐÀ
N

VÓỈPHÂNTỬ

DI


N

®Có ba ỉoại cơ bản của các phép đối xứng:

1. Phép quay hệ thống một góc xác định chung quanh trục đối
xứng.

2. Phép phản chiếu qua một mặt phẳng xấc định.
25

Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú

N

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

3. Phép tịnh tiến hệ thống theo một chu kì tịnh tiến .xác định.

NH
ƠN

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

Các phép đối xứng khác là sự tổ hợp ba loại'đối xứng cơ bản
nói trên.

iT,

quỉ

NG

ĐẠ
O

TP
.Q
UY

Phép tịnh tiến chỉ tồn tại đối với hệ thống vô hạn (thí dụ trong
tinh thể). Vì phân từ là một hệ thống hữu hạn nên đối với phân tử
chỉ có hai loại cơ bản 1 và 2. Dưới đây ta xét cụ thể hơh về hai
loại đối xứng cơ bản này cũng như các phép đối xứng khác,' được
coi là tổ hợp của hai loại nói trên.

A

10

00

B

TR


N



®Trong thí dụ về phân tử BF 3 được nói ồ trên, sự quay, phân tử
một góc bằng 2ix/3 (chung quanh trục thẳng góc với mặt phậng
phân íử và đi qua hạt nhân B) đưa các hạt nhân nguyên tử về vị trí
tương đương với vị trí ban đầu. Phép quay trên được gọi là phép
quay C3 và trục quay trêíì được gọi là trục đối xứng bậc 3 và cũng
được kí hiệu là C3. Trong trường hợp chung, phép quay một góc
2n/n cũng được gọi là phép quay c„ và trục quay tương ứng được
gọi ỉà trục đối xứng bậc n và cũng được kí hiệu là Cn.

©ứng với trục đối xứng bậc n như vậy ta có n phép đối xứng.

DI


N

ĐÀ
N

TO
ÁN

-L

Í-




Với phép quay Cn (n > 2) các hạt nhân nguyên tử trong phân
tử được đưa về vị trí tương đương với vị trí ban đầu. Ngoài ra, ta
cũng thấy, các phép quay với góc 2(2tĩ/ĩi), 3(2ft/n),... k(27t/n)...
(n — l)(27i/n) cũng đưa các hạt nhân nguyên tử về vị trí tương
đương. Sự thực hiện liên tiếp hai lần, ba lần... phép quay Cn được
viết dưới dạng tích CnCn = Cn2; CnCnCn = Cn3.... Một cách tổng
quát, người ta gọi. phép biến đổi bất kì ỉà phép biến đổi đồng nhất
E khi với phép biến đổi này tất cả các hạt nhân nguyên tử trong
phân tử giữ nguyên vị trí ban đầu. Từ đó, ta có Cnn = E.

C„,Cn2,C n3,....,C n" -',C „ " (= E )

'■
*jỊ

26
Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

K
a
Dan

I

TP
.Q
UY

Thí dụ, đối vối phân tử benzen, (xem hình vẽ) ta có:

NH
ƠN

; ® Khi Ỉ33.C Ĩ1 cua true cỊUây ỈỄI t)oi sô ngụyên củ.9. số các phép
quay (k) thực hiện liên tiếp, ta sề có Cnk

3ng

1 tử

NG

ĐẠ
O

hai
ươc



1 tử

TR


N

ẳng

00

B

góc

A
DI


N

b'

-L
TO
ÁN

ĐÀ
N

y

Í-

n)...

'ong

'



I, ta
'ơng
ược
■ổng

l5

11

10

4

ì.
•Hình H-3. Những phép quay\C6kđối với phân tử benzen
c 62 - C3; C63 = c 2; C64 - C32; C66 = E

íSVối phép quay C6, cấu hình I chuyển sang cấu hình lĩ, nếu lại
thực hiện phé" quay C6, từ cấu hĩnh II ta lại có cấu hình III. Tuy
nhiên, bằng một cách khác, cấu hình I có thể chuyển thẳng sang

Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

ĐẠ
O

TP
.Q
UY

NH
ƠN

cấu hình IU bằng phép quay C3 (C62 = C 3 ) với góc quay a = 2n/3 - 120°.
Một cách tương tự, cấu hình I có thể chuyển sang cấu hình IV bằng cách
thục hiện nối tiếp ba lần phép quay C6 (Q. C6„C6 = C63) hay bằĩìg cách
thực hiện phép quay C, (C63 = Q ) với góc quay a = 2kỊ2 = 180°. •

Phân tử FC1SO
FỚLS0

Phân tử AB2 hình chữ V
(H2ỏ) ỈC2

hìn
bằn
bằn
chu

<
qua
trục

NG

4



mô'

TR


N

4

10

00

B

AB
chíi
phâ
của

A

NH%), 4 C3, 3C2

Phân tử bát diện
(SF6...) 3Q/4C, 3C21


trur

ĐÀ
N

TO
ÁN

-L

Í-

(BF3...), I C 3 , 30,

phân tử tứ diện (CHi>



Phân tử phẳng tamgiác

4

DI


N

'èỉci, CO) 1 C»

(
tL1
(

qua
trục
ẽ-

íĩ
*0©

c•00

Phân tử thẳng (Hạ,
Cl2,...) ICoo, ooC2

(C02, CS2) IC00, ooC2

tửl
vẫn
(cộ

c 2,

Hình II-4. Những trục quay của một số phân tử

28
Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

NH
ƠN

Cấu hình I có thể chụyển sang cấu hình ĩ’ đồng nhất với cấu

TP
.Q
UY

nh fraĩl c^ u bằns
^
quay C6 (C66),
bằng cách thực hiện phép quay duy nhất C6/6 = Cị với góc quay
bàn^ 2tt/l - 360° hay không thực hiện phép biến đổi nào cả. Nói
hung phép biến đổi này được gọi là phép đồng nhất E.

ĐẠ
O

, Trong một phân íử đối xứng thường có nhiều trục quay, trục
quay cố bậc n.lớn nhất được gọi là trục đối xứỉỉiỊ chính, những
true quay của một số phân tử được trình bày trong hình II-4-

NG

©Phân tử F-C1S.O được coi là phân tử khống đối xứng; chi có
niôt phép đối xứng duy nhất là phép đồng nhất E.



Phân tử H20 loại AB2, hình chữ V có một trục đối xứng bậc 2.
Nhiều phân tử có trục đối xứng bậc 3. Phân tử phẳng tam giác
AB3 (BF3, N 0 3~...) có mộí trục đối xứng bậc 3 (trục đối xứng
chính) đi qua nguyên tử trung tâm A và thẳng góc với mặt phẳng
phân íử và 3 trục đối.xúng bậc 2, trùng vói các đường phân giác
của tam giác đều tạo bởi vị trí của 3 phối tử.

10

00

B

TR


N

9

Í-



A

• Phân tử tứ diện AB4 (CH4, NH4+...) có 4 trục quay bậc 3 (qua
4 đỉnh và qua nguvên tử trung tâm A) và 3 trục quay bậc 2 (qua
trung điểm của các cạnh đối diện).

TO
ÁN

-L

• Phân tử báĩ diện AB6 (SF6, PCỈ6~, ÍFe(CN)6]4_?...) có 3 trục
quay bậc 4 (qua tâm và các đỉnh đối diện )5 4 trục quay bậc 3 và 6
trục quay bậc 2 .

DI


N

ĐÀ
N

• Đối với những phân tử thẳng (HCỈ, H-,, ccx,...) thì trục phân
tử là í rục quay bậc 00 (vô hạn), vói một góc quay bất kì phân' tử ■
vẫn trùng với chính nó. Riêng đối với phân tử thẳng H2, Cl2, C 0 2
(có tâm đối xứng) thì phân tử còn có một số vô hạn các trục quay
Cọ, qua tâm phân tử và thẳng góc với trục phân tử.

Đóng góp PDF bởi Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


×