SỞ XÂY DỰNG Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Kính gửi: - Ủy ban ...
cơ sở hóa lập thể
-
Upload
corn-quynh -
Category
Education
-
view
99 -
download
3
Transcript of cơ sở hóa lập thể
CƠ SỞ LÝ THUYẾT HOÁ VÔ CƠ
Chương 3.HOÁ LẬP THỂ CÁC NGUYÊN TỐ KHÔNG CHUYỂN TIẾP
3.1. Thuyết VSEPR VSEPR = Valence Shell
Electron Pair Repulsion (Sự đẩy các cặp electron hoá trị)
Hình học phân tử (hoá lập thể) được xác định bởi lực đẩy tương hỗ giữa các cặp electron hoá trị.
Các electron hoá trị chiếm các orbital định hướng trong không gian sao cho khoảng cách trung bình giữa chúng lớn nhất.
Cơ sở của thuyết VSEPR
Tính không phân biệt các electron Sự đẩy Culông (tỷ lệ với 1/r2) Sự đẩy Pauli: do nguyên lý loại trừ
Pauli (các electron cùng spin không cùng nằm trên một AO) tỷ lệ với 1/rm trong đó m>2.
Bảng 3.1. Cách phân bố các hạt như nhau trên bề mặt hình cầu ứng với định luật Culong 1/r2 và định luật Pauli 1/rm (m>2).
Số cặp electron
Cấu trúc hình học Số cặp electron
Cấu trúc hình học
2 Đường thẳng 6 Bát diện
3 Tam giác đều 7 Lưỡng chóp ngũ giác
4 Tứ diện 8 Lập phương
5 Lưỡng chóp tam giác
9 Lăng trụ tam giác với 3 mặt
Dạng hình học các loại phân tử
Sự phân bố các cặp e hóa trị trên mặt cầu nguyên tử trung tâm
Sự phân bố các cặp e hóa trị trên mặt cầu nguyên tử trung tâm
Hình học các phân tử AXnEm
2
CÊu tróc h×nh häc…
3
4
56
CÊu tróc h×nh häc…
Nhận xét
Cặp e tự do (kí hiệu E) chiếm không gian lớn hơn cặp e liên kết (X)
Cặp e của nguyên tử âm điện hơn chiếm không gian nhỏ hơn
Electron trên liên kết bội chiếm không gian lớn hơn trên liên kết đơn
Lực đẩy giảm nhanh khi tăng khoảng cách hay góc liên kết
3.2. Các quy tắc hoá lập thể đối với nguyên tố không chuyển tiếp
Gillespie: người đưa ra các quy tắc QT1: Cặp e tự do đẩy các cặp e lân
cận mạnh hơn so với cặp e liên kết Nguyên nhân (?)
Nhận xét: E-E > E-X > X-X
CH4 NH3 H2O <HXH 109,50 107,30 104,50
QT1…
Giải thích được sự chiếm chỗ ở vị trí xích đạo của cặp E trong cấu trúc lưỡng chóp tam giác, vị trí trans trong bát diện.
SF4
BrF3
XeF4
Giải thích
SF4
S
F
F
F
F:
F
F
F
FS:
BrF3
F
F
F Br:
:
F
F
F Br:
:
Lực đẩy của cặp e lớn hơn của e độc thân
Góc ONO: NO2+ > NO2 > NO2
-
QT1…
Quy tắc 2
Sự đẩy gây bởi cặp electron liên kết giảm khi độ âm điện của nguyên tử liên kết tăng
H2O, F2O; NH3 , NF3
PBr3 , PCl3, …
Quy tắc 3 Liên kết bội làm thay đổi độ dài và
góc liên kết, không quyết định dạng hình học của phân tử Hình dạng phân tử do các cặp e trên liên
kết và các cặp E quyết định. Độ bội lk làm giảm độ dài lk, tăng lực đẩy
của cặp e lk đến các cặp khác. tăng góc giữa lk bội với lk đơn, giảm
góc lk đơn- lk đơn. POX3, PSX3; SO2X2, …
Quy tắc 4
Lực đẩy của các cặp e ở lớp đã đầy lớn hơn ở lớp chưa đầy Nguyên tố CK 2: đã đầy lớp hoá trị ảnh
hưởng của các cặp E gây giảm góc liên kết ít hơn.
Độ âm điện của nguyên tử trung tâm giảm làm giảm góc liên kết
Quy tắc 5
Nếu nguyên tử có lớp hoá trị đầy liên kết với nguyên tử có lớp hoá trị chưa đầy (hoặc có thể trở thành chưa đầy, thì e hoá trị của lớp đầy có thể chuyển sang lớp chưa đầy của nguyên tử kia tạo nên tính bội lk.
BF3 (1,50 Å – 1,30 Å)
SiF4 (1,81 Å– 1,54 Å)
Quy tắc 6
Nếu các cặp e ở lớp hoá trị nào mà chứa 5 hoặc 7 cặp e không thể có số cặp e gần nhất như nhau, thì những cặp nào có số cặp e gần nhất lớn hơn sẽ phân bố ở xa nhau hơn
Vận dụng cho các trường hợp lưỡng chóp tam giác và lưỡng chóp ngũ giác
Hệ quả QT6
Độ dài liên kết khác nhau trong lưỡng chóp. PF5; BrF3, …
Sự chiếm chỗ của E ở xích đạo gây ảnh hưởng ở mức khác nhau với góc liên kết.
Nguyên tử liên kết âm điện hơn chiếm vị trí trục PF3Cl2, …
Movie VSEPR
3.3. HÌnh học các phân tử Biểu diễn kiểu phân tử để xác định
hoá lập thể: AXnEm
Tổng số m + n xác định hình học sự phân bố các cặp E và X,
Giá trị m và n xác định hình học phân tử
Xác định m: từ số e hoá trị của A, số oxy hoá của A
3.3.1. Phân tử thẳng
AX2:
AX2E3
3.3.2. Phân tử góc
AX2E
AX2E2
3.3.3.Phân tử tam giác phẳng
Chỉ có AX3
3.3.4. Phân tử tứ diện
Tứ diện đều: AX4
Tứ diện lệch: AX4E
3.3.5. Phân tử chóp tam giác
AX3E
3.3.6. Phân tử lưỡng chóp tam giác
AX5
3.3.7. Phân tử kiểu chữ T
AX3E2
3.3.8. Phân tử bát diện
AX6
AX6E bát diện không đều
3.3.9. Phân tử chóp vuông
AX5E
3.3.10. Phân tử vuông phẳng
AX4E2
Bài kiểm tra giữa kỳ thứ nhất 1. a/ Xác định cấu hình, vị trí trong bảng HTTH, số OXH
đặc trưng của nguyên tố có e cuối điền vào cấu hình ứng với n=4, l=1, ml = 1, ms = +1/2
b/ Tính I1của nguyên tố đó 2. Mô tả hoá lập thể phân tử và ion sau: AsF3Cl2, S2O3
2-; Al2Cl6 (cầu nối Cl), ClF2
-. 3 – Tính năng lượng liên kết hạt nhân của hạt nhân 3
7Li, cho các số liệu sau:Khối lượng nguyên tử 3
7Li: 7,01600 u1 u = 1,66054.10-27 kg; khối lượng nghỉ của electron: 9,10939.10-31kgproton: 1,67262.10-27kgneutron: 1,67493.10-27 kgC = 2,998.108ms-1
Relax!
Mô tả lập thể của phân tử Al2Cl6
Chương 4. AXIT - BAZƠ
4.1. Các thuyết về A-B Thuyết Arrhenius Thuyết Bronsted Lowry (thuyết proton) Thuyết dung môi Thuyết Lewis
4.2. Thuyết proton Gắn với H+
AXIT BAZƠ
Các quá trình A-B là những quá trình xảy ra có sự nhường và nhận H+.
Khái niệm cặp A-B liên hợp Phản ứng A-B tổng quát: A1 + B2 ⇋ B1 + A2
Kcb = [B1]. [A2]/[A1] [B2]
-H+
+H+
Thuyết proton… Phân loại Ax, Bz:
Ax trung hoà Ax cation Ax anion
B trung hoà B cation B anion
4.3. Thuyết dung môi Dung môi lỏng tự điện ly ở mức độ
nhất định thành cation và anion đặc trưng
S ⇋ C + A H2O ⇋ H+ + OH- NH3 ⇋ NH4
+ + NH2-
BrF3 ⇋ BrF2+ + BrF4
- …
Thuyết dung môi
Axit: là chất khi tan làm tăng nồng độ cation đặc trưng của dung môi.
Bazơ: là chất khi tan làm tăng nồng độ anion đặc trưng của dung môi.
Phản ứng trung hoà: A + B S + muối Ví dụ:
4.4. Thuyết Lewis
Gắn với sự cho - nhận cặp e Axit: chất nhận cặp e có orbital hoá
trị trống Bazơ: chất cho cặp e có orbital hoá
trị đầy e.
Axit – bazơ “cứng” và “mềm”
Pearson Cứng: khó biến dạng
Kích thước bé, khó bị phân cực
Mềm: dễ biến dạng Kích thước lớn, dễ bị phân cực
Quy tắc tương tác: cứng - cứng, mềm -mềm bền cứng mềm, mềm - cứng kém bền
Vài nét lịch sử phát triển khái niệm
Irving-Williams 1953: với một phối tử xác định, độ bền của các phức chất tăng theo dãy:
Ba2+ < Sr2+ < Ca2+ < Mg2+ < Mn2+ < Fe2+ < Co2+ < Ni2+ < Cu2+ < Zn2+.
1958: Ahrland phân chia cation thành kiểu A và kiểu B:
Cation kiểu A và kiểu B theo Arhland
Cation Type A : + Các ion kim loại kiềm: Li+ - Cs+ + Các cation kiềm thổ: Be2+ - Ba2+ + Các cation kim loại chuyển tiếp ở trạng
thái OXH cao: Ti4+, Cr3+, Fe3+, Co3+ + Proton, H+ Cation Type B : + Các cation kim loại chuyển tiếp ở trạng
thái OXH thấp: Cu+, Ag+, Cd2+, Hg+, Ni2+, Pd2+, Pt2+.
Bazơ Lewis: kiểu A và kiểu B
Dựa vào nguyên tử cho của bazơ
Khuynh hướng tạo phức với kim loại kiểu A
Khuynh hướng tạo phức với kim loại kiểu B
N >> P > As > Sb > Bi
O >> S > Se > TeF >> Cl > Br > I
N << P > As > Sb > Bi
O << S ~ Se ~ TeF < Cl < Br << I
Ralph Pearson (1960s)
Pearson's hard soft [Lewis] acid base (HSAB) principle: Hard [Lewis] acids prefer to bind to
hard [Lewis] bases
and Soft [Lewis] acids prefer to bind to
soft [Lewis] bases
Các axit cứng
Các axit trung gian
Các axit mềm
Các bazơ cứng
Các bazơ trung gian
Các bazơ mềm
Dấu hiệu phân loại axit • Hard Lewis acids:
• Bán kính nhỏ• điện tích dương lớn• Không chứa các cặp e trên các orbital hoá trị• Ái lực với electron thấp• Bị solvat hoá mạnh• LUMO năng lượng cao
• Soft Lewis acids:• Bán kính lớn
• Điện tích thấp• Có các cặp e trên các orbital hoá trị• Dễ phân cực và oxy hoá. • LUMO năng lượng thấp, kích thước lớn
Dấu hiệu phân loại bazơ • Hard Lewis bases:
• Nhỏ, solvat hoá mạnh, nguyên tử âm điện lớn 3.0-4.0• Khó bị phân cực • Khó bị oxy hoá• HOMO năng lượng thấp
• Soft Lewis bases:• Nguyên tử lớn với độ âm điện trung gian 2.5-3.0• Dễ bị phân cực hoá và oxy hoá• HOMO năng lượng cao
Vài ví dụ
Ag+ + F- Ag+ + Cl- AgCl Ag+ + S2- Ag2S Al3+ + S2- Al3+ + OH- Al(OH)3 ; [Al(OH)4]- … Khoáng chất:
ZnS, CuS, PbS, FeS2, HgS,
CaCO3, MgCO3, Fe3O4, FeCO3,
4.5. Dự đoán tính chất axit
Hiđraxit: Dạng HnX Theo nhóm: tính axit tăng theo chiều
tăng kích thước X. Theo chu kỳ: tính axit tăng theo chiều
tăng . Giải thích?
Các hiđroxyaxit: Viết dưới dạng công thức XOn(OH)m
Chú ý: một số có dạng HtXOn(OH)m
m: số bậc axit n: chi phối độ mạnh axitn = 0 1 2 3axit: yếu tr.bình mạnh r.mạnhpKa 7,5-9,5 2 – 3 -2 -
Dự đoán tính chất axit
Cùng kiểu phân tử: độ mạnh axit giảm khi rX tăng.
Thế ion: = q/rX <2,2 bazơ; axit 2,2< lưỡng tính
Với một nguyên tố: bậc oxh tăng tính axit tăng.
Dự đoán tính chất axit
Hãy lấy ví dụ các axit anh (chị đã biết) để minh họa nhận xét trên.
Chương 5. Phản ứng oxy hoá - khử
Phản ứng oxy hoá - khử không dung môi
Phản ứng oxy hoá khử trong môi trường nước
Xem xét khả năng phản ứng của các phản ứng oxy hoá khử đều dùng G0
5.1. Phản ứng oxy hoá khử không dung môi
C + O2 = CO2
C + 1/2O2 = CO
CuO + C = Cu + CO2
…
Xét khả năng phản ứng
Phương trình nhiệt động: G0 = H0 – T.S0
Xét dấu của G0
Phản ứng oxy hoá khử trong dung dịch nước
Xét khả năng phản ứng: dấu của G0
G0 = -nEFn: số electron trao đổiE: thế điện cực, tra bảng số liệuF: hằng số Faraday (96500)
G0 J/mol
Ví dụ tính toán
Phản ứng OXH-KH = tổng hai bán phản ứng Ox1 + n1e = Kh1 E0
1, G01
Ox2 + n2e = Kh2 E02, G0
2. Phản ứng: n2Ox1 + n1Kh2 = n2Kh1 + n1Ox2 G0
pư
G0pư = n2G0
1 – n1G02
Tính toán:
Hãy tính toán để chứng minh rằng hệ Fe3+/Fe2+ có thể xúc tác phân hủy H2O2 . Cho các giá trị thế điện cực:
Làm các bài tập trong file Bài tập HVC2