Giáo trình Hóa Lượng Tử - Chương 7

Khái quát về sự khảo sát phân tử bằng cơ học lượng tử. Dựa trên cơ sở phản ứng thế trong hoá học hữu cơ, Dumas và Laurent cho rằng “Các chất hoá học là những lâu đài phân tử trong đó có thể thay một nguyên tố nàybằng một nguyên tố khác mà không làm thay đổi cấu trúc của lâu đài”.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Hóa Lượng Tử - Chương 7 Ch−¬ng Ch−¬ng 7 Kh¸i qu¸t vÒ sù kh¶o s¸t ph©n tö b»ng c¬ häc l−îng tö7.1. Qu¸ tr×nh ph¸t triÓn c¸c thuyÕt vÒ cÊu t¹o ph©n tö vµ liªn kÕt ho¸ häc7.1.1. ThuyÕt hÊp dÉn vò trô Bergmann (1775-Thuþ §iÓn): Lùc hót ®Æc tr−ng gi÷a c¸c nguyªn tö trong ph©n tölà lùc hÊp dÉn. Nh−îc ®iÓm: Kh«ng gi¶i thÝch ®−îc tÝnh b·o hoµ, tÝnh chän läc, kh«ng tØ lÖthuËn víi khèi l−îng cña c¸c h¹t t−¬ng t¸c vµ gi¶m nhanh theo kho¶ng c¸ch.7.1.2. ThuyÕt ®iÖn ho¸ cña Berzelius “Trong tÊt c¶ c¸c hîp chÊt ho¸ häc lùc liªn kÕt ®Òu cã b¶n chÊt tÜnh ®iÖn”. C«ng thøc ho¸ häc cña hîp chÊt ®−îc viÕt thµnh hai phÇn : (+) vµ (-) (hÖ thèngdÞ nguyªn). VÝ dô c«ng thøc ho¸ häc cña CaSO4 ®−îc viÕt lµ: CaO+ SO3-. Tuy nhiªn, ®èi víi c¸c ph©n tö ®ång h¹ch nh− Cl2, O2,... vµ c¸c ph©n tö h÷u c¬th× kh«ng gi¶i thÝch ®−îc.7.1.3. ThuyÕt thÕ Dùa trªn c¬ së ph¶n øng thÕ trong ho¸ häc h÷u c¬, Dumas vµ Laurent cho r»ng “C¸c chÊt ho¸ häc lµ nh÷ng l©u ®µi ph©n tö trong ®ã cã thÓ thay mét nguyªn tè nµy b»ng mét nguyªn tè kh¸c mµ kh«ng lµm thay ®æi cÊu tróc cña l©u ®µi”.7.1.4. ThuyÕt kiÓu (Gerhardt 1856) “ C¸c hîp chÊt h÷u c¬ cã thÓ ®−îc xÕp vµo mét sè kiÓu x¸c ®Þnh”. Nh÷ng hîp chÊt trong cïng mét kiÓu cã thÓ coi nh− lµ dÉn xuÊt cña mét hîp chÊt c¬b¶n b»ng c¸ch thay thÕ nh÷ng nguyªn tö hay nh÷ng nhãm nguyªn tö trong ph©n tö cñanh÷ng hîp chÊt nµy b»ng nh÷ng nguyªn tö hay nh÷ng nhãm nguyªn tö kh¸c. TheoGerhardt, sù s¾p xÕp c¸c nguyªn tö trpng ph©n tö, vÒ nguyªn t¾c, lµ kh«ng thÓ biÕt®−îc. LuËn ®iÓm “bÊt kh¶ tri” nµy cña Gerhardt ®· k×m h·m sù ph¸t triÓn cña lý thuyÕtvÒ cÊu t¹o ph©n tö.7.1.5. ThuyÕt cÊu t¹o Butlerow - Trong ph©n tö c¸c nguyªn tö kÕt hîp víi nhau theo mét thø tù x¸c ®Þnh phïhîp víi ho¸ trÞ cña chóng. - TÝnh chÊt cña c¸c chÊt kh«ng chØ phô thuéc vµo sè l−îng vµ b¶n chÊt c¸c chÊtmµ cßn phô thuéc vµo thø tù kÕt hîp cña chóng. ThuyÕt cÊu t¹o kh«ng nãi lªn b¶n chÊt liªn kÕt.7.1.6. ThuyÕt ®iÖn tö vÒ liªn kÕt ho¸ häc N¨m 1916 Kossel (§øc) cho r»ng liªn kÕt gi÷a hai nguyªn tö cã thÓ ®−îc h×nhthµnh: 103 - B»ng sù chuyÓn mét hay nhiÒu ®iÖn tö tõ nguyªn tö nµy sang nguyªn tö kh¸c. - B»ng lùc hót tÜnh ®iÖn gi÷a nh÷ng ion tÝch ®iÖn tr¸i dÊu t¹o thµnh liªn kÕt ion. N¨m 1916 Lewis ®−a ra quan ®iÓm cho r»ng, trong nh÷ng ph©n tö phi ion th×c¸c nguyªn tö gãp chung c¸c e t¹o thµnh cÊu h×nh bÒn cña khÝ tr¬ dÉn ®Õn liªn kÕtcéng ho¸ trÞ. Tæng hîp hai thuyÕt nµy lµ thuyÕt ®iÖn tö vÒ ho¸ trÞ. C¬ së khoa häc cña thuyÕt ®iÖn tö lµ trong mét ph©n tö, khi h×nh thµnh liªn kÕt,c¸c nguyªn tö cña c¸c nguyªn tè nµy cã khuynh h−íng liªn kÕt víi c¸c nguyªn tö cñac¸c nguyªn tè kia sao cho cÊu tróc electron cña chóng ®¹t ®−îc cÊu tróc bÒn v÷ng cñakhÝ tr¬ víi 8 electron ngoµi cïng - gäi lµ qui t¾c b¸t tö. Tuy nhiªn, v× thiÕu mét c¬ së lý thuyÕt vÒ c¸c hÖ h¹t vi m« nªn thuyÕt ®iÖn tö vÒliªn kÕt kh«ng ph¶n ¸nh ®−îc cÊu tróc thùc tÕ cña ph©n tö vµ tån t¹i nhiÒu h¹n chÕ: - Trong nhiÒu tr−êng hîp, qui t¾c b¸t tö kh«ng ®−îc nghiÖm ®óng. VÝ dô: NO N=O N cã 7 electron B≡N BN B cã 6 electron PF5 P cã 10 electron SF6 S cã 12 electron §èi víi ph©n tö ®iboran B2H6 ®−îc t¹o thµnh do ®ime ho¸: - BH3 + BH3 → B2H6th× thuyÕt ®iÖn tö vÒ liªn kÕt kh«ng gi¶i thÝch ®−îc v× nguyªn tö B 1s22s22p1 chØ cã 3electron ho¸ trÞ ®· dïng hÕt khi t¹o BH3, nghÜa lµ B2H6 lµ hîp chÊt thiÕu electron. §ÆcbiÖt ®èi víi c¸c ion cña kim lo¹i chuyÓn tiÕp: Fe2+, Fe3+, Cu+, Cu2+, ... th−êng kh«ng ®¹tcÊu tróc 8 electron ë líp ngoµi cïng. - §èi víi liªn kÕt ion, thuyÕt ®iÖn tö vÒ liªn kÕt chØ míi gi¶i thÝch ®−îc nguångèc cña lùc hót lµ do t−¬ng t¸c ®iÖn gi÷a c¸c ion tr¸i dÊu. Trong khi ®ã sù tån t¹inh÷ng kho¶ng c¸ch kh«ng ®æi gi÷a c¸c ion ®ã chøng tá cã sù c©n b»ng lùc gi÷a lùc hótvµ lùc ®Èy. Nguån gèc cña lùc ®Èy chØ cã thÓ gi¶i thÝch trªn c¬ së m« h×nh cña c¬ häcl−îng tö vÒ nguyªn tö b»ng sù t−¬ng t¸c gi÷a c¸c líp electron b·o hoµ. - Theo thuyÕt Lewis th× liªn kÕt céng ho¸ trÞ ®−îc t¹o thµnh b»ng nh÷ng cÆpelectron dïng chung, nh−ng kh«ng gi¶i thÝch ®−îc c¸c vÊn ®Ò c¬ b¶n cña liªn kÕt nh−:b¶n chÊt cña liªn kÕt céng ho¸ trÞ, tÝnh b·o hoµ ho¸ trÞ, tÝnh ®Þnh h−íng cña liªn kÕt... Ngoµi ra, thuyÕt ®iÖn tö vÒ liªn kÕt còng kh«ng gi¶i thÝch ®−îc trªn thùc tÕ tånt¹i nh÷ng ph©n tö mµ liªn kÕt ®−îc t¹o thµnh b»ng mét hoÆc mét sè lÎ electron nh−H2+, He2+,...7.2. Lý thuyÕt c¬ häc l−îng tö vÒ liªn kÕt ho¸ häc C¸c ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm hiÖn ®¹i nghiªn cøu ph©n tö cho phÐp x¸c ®Þnhkh¸ chÝnh x¸c kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c nguyªn tö vµ ...