Bài giảng Thuyết tĩnh điện về liên kết ion

LIÊN KẾT IONTương tác hóa học xảy ra gồm hai giai đoạn:Nguyên tử truyền electron cho nhau tạo thành ionCác ion trái dấu hút nhau theo lực hút tĩnh điện Na	 +	 Cl  Na+ + Cl–  NaCl 2s22p63s1 3s23p5 2s22p6 3s23p6Thuyết tĩnh điện về liên kết ionMột số cơ cấu bền của ionns2np6 F- , Cl- , O2- , Na+ , Mg2+, Al3+ns2np6nd10 Ag+ , Cu+ , Zn2+ (n-1)s2 (n-1)p6 (n-1)d10ns2 Pb2+, Bi3+, Tl+..(n-1)d5 Fe3+ Khả năng tạo lk ion phụ thuộc vào khả năng tạo ion của các ngtố:Các ngtố có I ↓ → dễ tạo cation (IA,IIA )Các ngtố có F mạnh → dễ tạo anion (F- ,Cl-, ClO4-, NO3- , SO42-)χ ↑ → độ ion ↑ Khả năng tạo liên kết ion của các nguyên tố Tính chất của liên kết ion Không định hướngKhông bão hòaPhân cực rất mạnhMạng tinh thể ionNguyên tắc sắp xếp các ion đặc khít nhấtMỗi ion được bao quanh số cực đại các ion trái dấu (số phối trí).Các ion cùng dấu ở cách xa nhau càng nhiều càng tốt.Quyết định kiểu cấu trúc tinh thể là Kiểu lập phương tâm khối số phối trí là 8 CsCl, CsBr, CsIKiểu lập phương tâm diện Số phối trí là 6NaCl, CsF, MgOKiểu ZnS – kiểu blende kẽm- Wutzite Số phối trí là 4 BeO, ZnO, AgINăng lượng mạng tinh thể ionMX (tinh thể ion ) →M+(khí) + X- (khí) H=UMXCông thức Kapustinski (lk ion thuần túy)Khi lk có phần cộng hóa trị tương đối lớn thì công thức này không còn chính xác.Năng lượng mạng tinh thể↓Độ bền mạng tinh thểKhả năng hòa tanNhiệt độ sôiNhiệt độ nóng chảyNăng lượng mạng tinh thểĐộ bền mạng tinh thểKhả năng hòa tanNhiệt độ sôiNhiệt độ nóng chảyQUAN HỆ GIỮA NĂNG LƯỢNG MẠNG LƯỚI VÀ NHIỆT ĐỘ SÔI, NHIỆT ĐỘ NÓNG CHẢYTinh thểNaFNaClNaBrNaIUml[kcal/mol]217183176164Nhiệt độ sôi[0C]1695144113931300Nhiệt độ nchảy [0C]992800747662	MgO	 Tnc = 2852oC Mg2+ O2-	NaCl	 Tnc = 800oC Na+ Cl- Tnc ~ U mà U ~ Zc Za ; U ~ 1/rc+ra	So sánh nhiệt độ nóng chảy NaCl và MgOU (MgO)  4 U(NaCl) nên Tnc(MgO)  3.6 Tnc (NaCl) Đặc điểm của hợp chất ionTính dẫn điện kém ở trạng thái rắn nhưng dẫn điện tốt ở trạng thái nóng chảy hay dung dịch.Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi khá caoTinh thể rắn, giòn.Dễ tan trong các dung môi phân cực (H2O).Quá trình hòa tan các chất tinh thể ion trong dm phân cực MX(rắn) +(n+m) H2O „ M+.nH2O + X-.mH2O Hhòa tan = Hvlý + Hsol Hvlý >0 Hvlý  UMX Hsol 0QUÁ TRÌNH HYDRAT HOÁ , Hhy > cE – cường độ điện trường của ion gây phân cực. → cation có tác dụng gây phân cực mạnh hơn anion>>Qúa trình phân cực ion có tính chất một chiều cation gây phân cực anion+→ Không có lk ion 100%.sự phân cực ion làm cho đám mây điện tử của cation và anion che phủ nhau một phần nên lk ion bao giờ cũng mang một phần tính cộng hóa trị._CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ PHÂN CỰC IONĐộ phân cực Tác dụng gây phân cực của cationCác yếu tố ảnh hưởng đến độ phân cực Bán kính ion càng lớn →  tăng F - < Cl - < Br - < I-  tăng Các ion đẳng electron có điện tích càng nhỏ (càng âm) thì  tăng. Mg2+ < Na+ < Ne < F- < O2-  tăngCấu hình electron hóa trịns2np6 < ns2np6nd1→9 < ns2np6nd10  tăng Độ phân cực  của các cationIonLi+Na+K+Rb+Cs+R [Å3]0,680,971,331,471,67 [Å3]0,0290,1870,8881,4992,570IonBe2+Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+R [Å]0,350,660,991,201,34 [Å3]0,0080,1030,5521,0201,860Độ phân cực  của các anionIonF-Cl-Br-I-R [Å]1,331,811,962,20 [Å3]0,963,574,997,57IonO2-S2-Se2-Te2-R [Å]1,321,741,912,11 [Å3]2,748,9411,4516,10Tính cộng hóa trị tăng dầnCác yếu tố ảnh hưởng đến tác dụng phân cực của cationThế cation (qui tắcFajan) Cấu hình electron hóa trị ns2np6 < ns2np6nd1→9 < 18e+ ns2< ion kiểu He < ns2np6nd10(các ion có cùng điện tích, bán kính tương đương )Tính cộng hóa trị tăng dầnẢnh hưởng của sự phân cực ion đến tính chất của các hợp chấtĐộ điện lyĐộ bền nhiệtNhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảyĐộ tanĐộ điện ly Tính cộng hóa trị tăngTính ion giảm Độ điện ly giảmSự phân cực ion tăngĐộ bền nhiệt Sự phân cực ion↑ → tính cht↑ → tính ion↓ → độ bền nhiệt của tinh thể ion ↓→ Tnc, Tply↓ChấtLiFLiClLiBrLiITnc, 0C848607550469ChấtMgCO3CaCO3SrCO3BaCO3Tnc, 0C60089711001400Độ tan Hhòa tan= Hvlý + Hs = U + EhNăng lượng mạng tinh thể U càng lớn → độ tan ↓Khả năng phân cực nước của cation ( q+/r+) tăng → lực hút tĩnh điện giữa cation và lưỡng cực nước ↑ → Eh càng âm→ độ tan ↑MuốiCaSO4SrSO4BaSO4Độ tan8.10-35.10-41.10-5U (kJ/mol)234723392262Eh (kJ/mol)-1703-1598-1444Tnc 8450C 6050C 5500C 4490C LiF LiCl LiBr LiITính cộng hóa trị tăng dầnĐộ tan trong nước giảm dầnĐộ tan trong etanol tăng dần	Điện tích bán kính	 Tnc[0C]	 Độ tan	 Liên kết	NaCl 	1+	 0.095nm	 	808	 Tan ionMgCl2	2+	 0.065nm	 	 714	 Tan	 ionAlCl3 3+	 0.050nm	 	 180 Thủy phân	 chtrịSiCl4	 4+	 0.041nm	 	 -70	 Thủy phân	 chtrịGREATER POSITIVE CHARGE DENSITY	LiCl	rCl-	167 pm	Tnc 613oC	LiBr	rBr-	182 pm	Tnc 547oC	LiI	rI-	206 pm	Tnc 446oC	 Ca2+	3s2 3p6 	Hg2+	 5s25p65d10	 r(Ca2+) = 114 pm; 	r(Hg2+) = 116 pm  Tnc (HgCl2)= 276oC <	Tnc (CaCl2) = 782oC So Sánh MgO and Al2O3 	Al2O3	(3+, 2-)	MgO	 (2+, 2-) 	 Tm(Al2O3) = 2054oC < Tm (MgO) = 2852oCLIÊN KẾT VANDERWAALSBản chất của lk là tương tác tĩnh điện Đặc điểmLà loại liên kết xuất hiện giữa các phân tửCó thể xuất hiện ở những khoảng cách tương đối lớnCó năng lượng nhỏ E = 1 ÷2Kcal/molCó tính không chọn lọc và không bão hòaCó tính cộngTương tác khuyếch tánTương tác cảm ứngTương tác định hướngThành phầnLIÊN KẾT HYDRO Liên kết giữa ng tử H+ với ng tử có kích thước nhỏ độ âm điện mạnh như: F, O , NLiên kết Hydro liên phân tử.Liên kết Hydro nội phân tửHydrogen Bonds in WaterLiên kết Hydro liên phân tửHydrogen Bonding in Acetic AcidLiên kết Hydro liên phân tửHydrogen Bonding inSalicylic AcidLiên kết Hydro nội phân tửLiên kết Hydro thường gặp trong  chất lỏng, tinh thể, đôi khi ở trạng thái khí, các hợp chất cao phân tử.Intermolecular Hydrogen BondsIntermolecular hydrogen bonds give proteins their secondary shape, forcing the protein molecules into particular orientations, like a folded sheet Đặc điểm liên kết HydroLiên kết hydro là loại lk yếu, yếu hơn nhiều so với lk cộng hoá trị nhưng mạnh hơn lk Van der Waals. Ehydro=2÷10 Kcal/molLk hydro càng bền khi X và Y có độ âm điện càng lớn, kích thước càng nhỏ. -Y- - H+  X- - Ảnh hưởng của lk hydro đến tính chấtTăng nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy của các chất có lk hydro liên phân tử.Giảm độ acid của dung dịch.Tăng độ tan khi chất tan tạo lk Hydro với dung môi Trong sinh học, lk hydro giúp tạo các cấu trúc bậc cao cho glucid, protidLiên kết Hydro trong nước đáLiên kết hydro giữa các phân tử nước được sắp xếp tạo nên cấu trúc lục giác mở.cấu trúc xốp của nước đá làm cho nước đá nhẹ hơn nước lỏng.tS = -24,80CtS = 78,50CtS = -24,80CtS = 78,50C