Giáo án Lai hóa obitan nguyên tử

Lai hóa obitan nguyên tử

1

1. Khái niệm về sự lai hoá: Để đưa ra khái niệm về sự lai hoá, sách giáo khoa đã đưa ra ví dụ về phân tử CH4. Từ công thức cấu tạo của phân tử CH4 :

Nguyên tử C làm tâm và 4 nguyên tử H là 4 đỉnh của tứ diện đều và các góc liên kết HCH đều bằng 1090 28’ Mà từ cấu hình electron của nguyên tử C*

Thấy rằng 4 electron hoá trị tạo ra 4 liên kết C- H không giống nhau ( gồm 1 electron s và 3 electron p ) mà vẫn tạo được 4 liên kết giống hệt nhau. Để giải thích hiện tượng này các nhà hoá học Slây – tơ và Pau – linh đã đề ra thuyết lai hoá , theo thuyết này đã có sự tổ hợp “trộn lẫn” một số obitan trong một nguyên tử, và trong trường hợp trên chính là obitan 2s đã tổ hợp “ trộn lẫn” với 3 obitan 2p để tạo ra 4 obitan lai hoá sp3 giống hệt nhau, bốn obitan lai hoá này xen phủ với 4 obitan 1s của 4 nguyên tử H tạo ra 4 liên kết C- H hoàn toàn giống nhau. Sự lai hoá obitan nguyên tử là sự tổ hợp “ trộn lẫn” một số obitan trong một nguyên tử để được từng ấy obitan lai hoá giống nhau nhưng định hướng khác nhau trong không gian. 2. Điều kiện để trạng thái lai hoá obitan của nguyên tử xảy ra và tạo được liên kết bền: - Các obitan chỉ được lai hoá với nhau khi năng lượng của chúng xấp xỉ bằng nhau. - Mật độ electron của các obitan nguyên tử tham gia lai hoá phải đủ lớn để độ xen phủ của obitan lai hoá với obitan nguyên tử khác đủ lớn để tạo ra liên kết bền. 3. Các kiểu lai hóa thường gặp: a. Lai hoá sp: Là sự tổ hợp 1 obitan s với 1 obitan p của một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành 2 obitan lai hoá sp nằm thẳng hàng với nhau hướng về hai phía- lai hoá đường thẳng. Cần cho học sinh thấy rõ những loại hợp chất có kiểu lai hoá sp thường gặp có dạng AB2 như: BeCl2, ZnCl2, BeH2 hay C2H2… Lai hoá sp là nguyên nhân dẫn đến tính thẳng hàng ( góc liên kết bằng 1800 ) của các liên kết trong những phân tử trên.

H

H

H

H

C

H

H

H C

H

2s1 2s1 2p3

C*

ThuVienDeThi.com

Cách xác định lai hóa

2

b. Lai hoá sp2: Là sự tổ hợp của 1 obitan s với 2 obitan p của một nguyên tử tạo thành 3 obitan lai hoá sp2 cùng nằm trong một mặt phẳng, định hướng từ tâm đến đỉnh của tam giác đều – lai hoá tam giác.Thực tế hình dạng của phân tử BF3 là hình dạng tam giác đều nên ta chọn kiểu lai hoá sp2 để giải thích liên kết. Giáo viên giới thiệu những hợp chất AB3 có kiểu lai hoá sp2 thường gặp như BF3, BCl3, SO3 hay C2H4… c. Lai hoá sp3: Là sự tổ hợp của 1 obitan s với 3 obitan p của một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành 4 obitan lai hoá sp3 định hướng từ tâm đến 4 đỉnh của một tứ diện đều – lai hoá tứ diện. Sách giáo khoa giới thiệu kiểu lai hoá sp3 thường gặp ở các nguyên tử O,N,C như phân tử H2O, NH3,, CH4.…Giáo viên cần giới thiệu luôn dạng phân tử thường gặp kiểu lai hoá này là AB4, ví dụ: CCl4, NH4+ … *Ngoài ba kiểu lai hoá sp, sp2, sp3 còn có các kiểu lai hoá sau:

- Lai hoá sp3d ( lưỡng chóp tam giác) 1AO s + 3AO p + 1AO d => 5 AO sp3d - Lai hoá dsp2 ( vuông phẳng ) 1AO d + 1AO s + 2AO p => 4 AO sp2d - Lai hoá sp3d2 ( lưỡng chóp tứ giác hay bát diện ) 1AOs + 3AO p + 2AO d => 6 AO sp3d2 Thành tựu to lớn nhất của thuyết lai hoá là giải thích hình dạng của một số phân tử. Chẳng hạn:

Kiểu phân tử

Kiểu lai hoá ở A

Hình dạng Phân tử

Góc hoá trị Các phân tử ví dụ

AB2 sp Đường thẳng

1800 BeCl2, ZnCl2, CO2

AB3 sp2 Tam giác 1200 BF3, BCl3, SO3 AB4 sp3 Tứ diện 109028’ CH4, CCl4, NH4+, AB4 dsp2 Vuông 900 PtCl42-, Cu(NH3)42- AB5 sp3d Lưỡng chóp 900 và 1200 PCl5 AB6 sp3d2 Bát diện 900 SF6, SiF62- Kiểu lai hoá phụ thuộc vào cấu tao nguyên tử nguyên tố trung tâm nên sẽ phụ thuộc vào vị trí của nguyên tố trong bảng tuần hoàn. Bảng dưới đây hệ thống lại khả năng lai hoá các obitan của nguyên tử các nguyên tố và số phối trí tối đa mà nguyên tử có theo chu kỳ

Nguyên tố chu kỳ Kiểu lai hoá và số phối trí ( viết trong dấu ngoặc ) Chu Kỳ II Chu kỳ III Chu kỳ IV Chu kỳ V Chu kỳ VI

sp (2), sp2 (3), sp3 (4) sp3 (4), dsp3 (5), d2sp3 (6), sp3d2 (6) sp3 (4), dsp3 (5), d2sp3 (6), sp3d2 (6) d2sp3 (6), d2sp3f (7) d2sp3 (6), d2sp3f …