Sự lai hóa orbital nguyên tử
GV: LÊ VĂN HỒNG – THPT BN MA THUỘT - 1 -

A . PHẦN MỞ ĐẦU
Trong chương trình phân ban sách giáo khoa Hố học lớp 10 Nâng cao đưa vào một số kiến
thức mới so với chương trình cơ bản, trong đó có phần : Sự lai hố orbital ngun tử - một
kiến thức khó và trừu tượng đối với học sinh. Truyền thụ những vấn đề gì về sự lai hố . Làm
thế nào để học sinh dễ hiểu để vận dụng cho phù hợp với chương trình học và kiểu thi trắc
nghiệm hiện nay?
Để góp phần nâng cao chất lượng đổi mới phương pháp dạy học, tơi xin giới thiệu kinh
nghiệm của bản thân qua đề tài:
“ SỰ LAI HÓA CÁC ORBITAL NGUYÊN TỬ ”
B . GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
I- CƠ SỞ THỰC TIỂN:
Sự lai hố các orbital ngun tử là khái niệm quan trọng của thuyết hố trị định hướng,
được Pauling đưa ra để giải thích sự định hướng cũng như độ bền của liên kết ở nhiều
hợp chất hữu cơ và vơ cơ (đặc biệt là phức chất )
Lai hố các orbital là một vấn đề mới rất trừu tượng, cùng với sự xen phủ các orbital –
là những vấn đề được đưa ra sau khi học sinh đã được hình thành khái niệm về các loại
liên kết. Đây là những vấn đề được phát triển thêm theo quan điểm hiện đại : Thuyết liên
kết hố trị đó là:
 Liên kết CHT được tạo nên bởi cặp electron có spin ngược chiều nhau của 2 ngun tử. Sự
xen phủ giữa những orbital của hai ngun tử tạo nên một vùng có mật độ điện tích cao dẫn
đến sự giảm năng lượng của hệ, nên liên kết được hình thành.
 Liên kết được hình thành trong khơng gian theo phương mà khả năng xen phủ giữa các
orbital ngun tử là cực đại.
 Vùng xen phủ giữa hai orbital càng lớn thì liên kết được tạo ra càng bền.
II – CƠ SỞ KHOA HỌC
1/ Sự lai hoá orbital là gì ?
Để đưa ra khái niệm về sự lai hố SGK đã đưa ra ví dụ về phân tử CH
4

giống hệt nhau, bốn orbital lai hố này xen phủ với 4 orbital 1s của 4 ngun tử H tạo ra 4
liên kết C- H hồn tồn giống nhau.
Sự lai hoá orbital là sự tổ hợp “ trộn lẩn ” một số các orbital trong một nguyên tử để được bấy
nhiêu orbital lai hoá giống hệt nhau nhưng đònh hướng khác nhau trong không gian.
2 / Nguyên nhân của sự lai hoá:
Các orbital hố trị ở các phân lớp khác nhau của cùng một lớp có năng lượng và hình
dạng khác nhau cần đồng nhất để tạo liên kết bền vững.
3 / Mục đích của thuyết lai hóa orbital nguyên tử : Để giải thích
- Tính đồng nhất của phân tử .
- Cấu trúc hình học của phân tử .
- Góc liên kết .
4 / Đặc điểm :
- Orbital lai hóa chỉ tạo liên kết xichma .
- Cấu hình electron của ngun tử trung tâm có thể ở trạng thái cơ bản hoặc kích
thích
C. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN GIẢI QUYẾT
- Làm thế nào để biết một hợp chất có sự lai hóa hay khơng?
- Nếu có sự lai hóa orbital thì ngun tử nào là trung tâm? Ngun tử trung tâm ở
trạng thái lai hố gì?
1- Làm thế nào để biết một hợp chất có lai hóa ?
Thơng thường một chất ( hay ion ) trong đó một ngun tử có số liên kết xichma  > 1
Ví dụ: H
2
O , O
3
. . . có sự lai hóa
Ở bậc THPT,khi bài tập nào đó nói đến vấn đề lai hố của một chất thì thường trong chất
đó đã có sự lai hố , còn khơng phải hợp chất cộng hố trị nào cũng có sự lai hố.
2- Phương pháp xác đònh nguyên tử trung tâm của một phân tử .
Trong một phân tử, ngun tử trung tâm là ngun tử có giá trị tuyệt đối của số oxi hố

1AO s + 1AO p  2AO sp
 Nếu tổng số số liên kết  và cặp electron hố trị chưa tham gia liên kết của ngun tử
trung tâm = 2  Ngun tử trung tâm ở trạng thái lai hố sp.
Ví dụ 1: Xét phân tử BeCl
2
. Cơng thức cấu tạo: Cl - Be - Cl .
Ngun tử trung tâm là Be Cấu hình:
4
Be : 1s
2
2s
2

4
Be
*
: 1s
2
2s
1
2p
1
lai hố sp
Tổng số liên kết  + số cặp electron hố trị chưa tham gia liên kết của ngun tử Be = 2 +
0 = 2  ngun tử Be trong BeCl
2
ở trạng thái lai hố sp.

2
NO

ở trạng thái lai hố sp
 Trường hợp 2: Lai hố sp
2
( lai hóa tam giác)
1AO s + 2AO p  3 AO sp
2

 Nếu tổng số số liên kết  và cặp electron hố trị chưa tham gia liên kết của ngun
tử trung tâm = 3  ngun tử trung tâm ở trạng thái lai hố sp
2
.
Ví dụ1 : Xét phân tử SO
2
 cơng thức cấu tạo:
Ngun tử trung tâm là S.
Cấu hình:
16
S : [Ne]3s
2
3p
4
3d
0

16
S
*

Ví dụ2 : Xét phân tử O
3
 cơng thức cấu tạo:

Ngun tử trung tâm là Oxi có số liên kết “ max ”
Cấu hình:
8
O : 1s
2
2s
2
2p
4 lai hố sp
2

Tổng số liên kết  + số cặp electron hố trị chưa tham gia liên kết của ngun tử O = 2 + 1 =
3  ngun tử O trong O
3
ở trạng thái lai hố sp
2
.
 Trường hợp 3: Lai hố sp
3
( lai hóa tứ diện)

ở trạng thái lai hố sp
3
.
Ví dụ 2 : Xét phân tử SO
2
Cl
2
 cơng thức cấu tạo:
Ngun tử trung tâm là S. hay
Cấu hình:
16
S : [Ne]3s
2
3p
4
3d
0

16
S
* *
: [Ne] 3s
1
3p
3
3d
2

S
O O
Cl

Cl S
O O
H
H
H
N
O
O O
Sự lai hóa orbital nguyên tử
GV: LÊ VĂN HỒNG – THPT BN MA THUỘT - 5 -
 Nếu tổng số số liên kết  và cặp electron hố trị chưa tham gia liên kết của
ngun tử trung tâm = 5  ngun tử trung tâm ở trạng thái lai hố sp
3
d.
Ví dụ : PCl
5
 cơng thức cấu tạo :

Ngun tử trung tâm là P.
Cấu hình:
15
P : [Ne]3s
2

2
( lưỡng chóp tứ giác hay bát diện )
1AO s + 3AO p + 2AO d  6 AO sp
3
d
2

 Nếu tổng số số liên kết  và cặp electron hố trị chưa tham gia liên kết của ngun tử
trung tâm = 6  ngun tử trung tâm ở trạng thái lai hố sp
3
d
2
.
Ví dụ : SF
6
 cơng thức cấu tạo :
Ngun tử trung tâm là S
Cấu hình:
16
S : [Ne]3s
2
3p
4
3d
0

16
S
*
: [Ne] 3s

4
2-
, Cu(NH
3
)
4
2-
ngun tử trung tâm ở trạng thái lai
hố là dsp
2
.
4 - Một số vấn đề về cấu trúc hình học của phân tử.
Góc liên kết và cấu trúc hình học của một số phân tử thường được xác định bằng thực
nghiệm. Để giải thích góc liên kết và dạng hình học đó ta cần dựa vào :
a- Thuyết lai hố.
Theo thuyết lai hố để giải thích dạng hình học của một phân tử ta cần : Xác định ngun tử
trung tâm  trạng thái lai hố  góc liên kết  cấu trúc hình học .
Ví dụ:
- Phân tử CO
2
: Ngun tử trung tâm là C ở trạng thái lai hố sp có góc liên kết 180
0

Cl Cl
P
Cl Cl
Cl

F
F F

3
đều có lai hố
giống nhau là sp
3
nhưng:
- Góc liên kết trong phân tử H
2
O là 104º5 còn trong phân tử NH
3
là 107º mà khơng phải
là 109º28.
- Tại sao phân tử H
2
O có dạng chử V còn phân tử NH
3
có dạng tháp tam giác mà
khơng phải là tứ diện . . .
Vậy để giải thích cấu trúc hình học của một số phân tử ngồi việc dựa vào thuyết lai
hố ta còn dựa vào : hiệu ứng đẩy giữa các cặp electron hố trị ( Viết tắt VSEPR : tiếng
anh : Valence Shell Electron Pair Repulsion) và sự ảnh hưởng của độ âm điện đến góc
liên kết.
b- Hiệu ứng đẩy giữa các cặp electron hố trị .
- Liên kết cộng hố trị là liên kết có tính định hướng trong khơng gian.
- Các ngun tử khi tham gia liên kết ngồi cặp electron hố trị còn có những cặp
electron hố trị chưa tham gia liên kết.
- Việc xác định cấu trúc hình học của phân tử còn phụ thuộc vào số cặp electron tự do ở
ngun tử trung tâm
Ta có thể kí hiệu một phân tử cộng hố trị AX
m
E

góc bằng nhau và bằng 109º28. Còn trong phân tử NH
3
, ngun tử N cũng có lai hố sp
3

nhưng góc liên kết bằng 107º < 109º28 là vì xung quanh ngun tử N có 4 cặp electron
hố trị trong đó có 3 cặp electron hố trị liên kết còn 1 cặp electron hố trị chưa tham gia
liên kết, cặp electron này đẩy mạnh hơn nên góc liên kết trong phân tử NH
3
nhỏ hơn
109º28.
Tương tự góc liên kết trong phân tử NH
3
> góc liên kết trong phân tử H
2
O là do phân tử
NH
3
có 1 cặp electron chưa tham gia liên kết còn trong phân tử H
2
O có 2 cặp electron chưa
tham gia liên kết ( đẩy mạnh hơn ).

Tóm tắt một số dạng hình học phân tử AX
m
E
n

Kiểu
phân tử


AX
3
E
0

AX
2
E
1

sp
2

Tam giác
120
0

BF
3
, AlCl
3

NO
2
, SO
3

AX
4

2

SO
4
2-
, POCl
3AX
4

dsp
2

Vng
90
0

PtCl
4
2-
, Cu(NH
3
)
4
2-AX

6
2-
c- Ảnh hưởng của độ âm điện đến góc liên kết.
Độ âm điện của ngun tử trung tâm A và phối tử X có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc hình
học của phân tử.
- Ngun tử trung tâm có độ âm điện lớn sẽ kéo mây của cặp electron hố trị về
phía nó nhiều hơn làm tăng độ lớn của góc liên kết.
Ví dụ: ( Với

Khapha : độ âm điện)
H
2
O = 104º5 Do
O

>
S


nên oxi hút cặp electron liên kết về gần hạt nhân hơn
H
2
S = 92º  sự đẩy nhau của cặp electron liên kết trong phân tử H
2
O mạnh hơn.
Tương tự góc liên kết trong phân tử NH
3

O = 110º
F
2
O = 103º Do
F

>
O


>
Cl

. Liên kết O - Cl phân cực về phía O , còn liên kết
O - F phân cực về phía F nên khoảng cách giữa 2 cặp electron liên kết trong phân tử
Cl
2
O nhỏ hơn, lực đẩy tỉnh điện mạnh hơn nên góc liên kết lớn hơn.
Tương tự góc liên kết trong phân tử
SCl
2
= 100º Do
F
>
Cl



0
nhưng trong thực tế góc
liên kết HSH là 92
0
. Sự sai khác chỉ vài độ giải thích sự lai hố khơng rõ rệt. Trong phân tử
H
2
S, ngun tử S vẫn ở trạng thái lai hố sp
3
.
Hai orbital lai hố, mỗi một có một cặp electron khơng liên kết còn hai orbital lai hố còn
lai mỗi một có một electron độc thân xen phủ với orbital 1s có electron độc thân của hai
ngun tử H tạo thành hai liên kết cộng hố trị. Phân tử có cấu tạo:
Lai hố sp
3

Vậy để giải thích cấu trúc hình học của các phân tử thơng thường ta hướng dẫn học
sinh dựa vào thuyết lai hố, mơ hình đẩy giữa các electron hố trị , độ âm điện của ngun
tử trung tâm và phối tử.
Tuy nhiên thuyết lai hóa có vai trò giải thích hơn là tiên đốn dạng hình học của phân
tử. Trong trường hợp cho một phân tử hay ion như AB
4
mà khơng có dữ kiện nào thì thuyết
lai hóa khơng tiên đốn được có sự lai hóa tứ diện hay vng phẳng. H

6
D. SO
3

Câu 03. Ngun tử trung tâm trong phân tử nào sau đây ở trạng thái lai hố sp
3
?
A. C
2
H
4
B. CO
2
C. PH
3
D. BH
3

Câu 04. Các phân tử nào sau đây có góc liên kết bằng 109º28 ?
A. CH
4
, NH
3
B. CH
4
, H
2
O C. CH
4
, PH

H
2
, BeCl
2
B. CO
2
, SO
2
, NO
2

C. BCl
3
, C
2
H
4
, SO
3
D. NH
3
, H
2
O, H
2
S
Câu 08. Hình dạng của phân tử CCl
4
, BH
3

2
H
4
, SO
3
D. CO
2
, H
2
O , H
2
S
Câu 10. Dựa vào sự lai hố, mơ tả cấu trúc của các phân tử sau dưới dạng xen phủ orbital ngun
tử và cho biết cấu trúc hình học của mỗi phân tử:
a. BeH
2
b. H
2
O
2
c. CH
4
d. NH
4
+
HD: Dựa vào sự lai hóa để mơ tả cấu trúc phân tử thì xét cấu hình electron của ngun tử trung
tâm Be, O, C , N. Xác định đúng cơng thức cấu tạo phẳng , tính tổng số liên kết và số cặp electron
khơng liên kết của ngun tử trung tâm từ đó xác định được trạng thái lai hố của ngun tử trung tâm
và cách hình thành liên kết cộng hố trị.
Câu 10. Cho biết cấu trúc hình học của các phân tử: PF

H
H
P
Sự lai hóa orbital nguyên tử
GV: LÊ VĂN HỒNG – THPT BN MA THUỘT - 10 -
E . KẾT LUẬN:
Trong khn khổ một đề tài, tơi chỉ xin được trình bày ý kiến của mình qua những
vấn đề trên, rất mong được sự góp ý của đồng nghiệp để nâng cao hiệu quả của bài giảng.
Chân thành cảm ơn !
BMT Tháng 10 năm 2009
Người viết

Lê Văn Hoàng