Chương III. LIÊN KẾT HÓA HỌC VÀ CẤU TẠO PHÂN TỬ
I. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ LIÊN KẾT HÓA HỌC
Lý thuyết về liên kết hóa học là một trong những vấn đề trung tâm của hóa học
hiện đại vì có biết được bản chất tương tác giữa các tiểu phân, nghĩa là biết được
liên kết hóa học tạo thành giữa các tiểu phân trong tương tác thì mới hiểu được
những vấn đề cơ bản của hóa học như: tính đa dạng của vật chất, cơ chế tạo
thành, thành phần, cấu tạo và khả năng phản ứng của chúng.
1. Bản chất liên kết: liên kết hóa học có bản chất điện vì cơ sở tạo thành liên kết là
lực hút giữa các hạt mang điện (e, hạt nhân)
- Trong các tương tác hóa học chỉ có các e của những phân lớp ngoài cùng: ns,
np, (n - 1)d và (n - 2)f thực hiện liên kết: đó là các e hóa trị
- Theo cơ học lượng tử, nghiên cứu liên kết là nghiên cứu sự phân bố mật độ e
trong trường hạt nhân của các nguyên tử tạo nên nguyên tử.
2. Các loại liên kết
- Liên kết ion
- Liên kết cộng hóa trị Liên kết nội phân tử
- Liên kết kim loại
- Liên kết hydro Liên kết liên phân tử
- Liên kết Van Der Waals
3. Một số đặc trưng của liên kết
a. Độ dài liên kết (d, Å): là khoảng cách giữa hai hạt nhân của các nguyên tử
tương tác
Độ dài liên kết thay đổi phụ thuộc vào:
kiểu liên kết
trạng thái hóa trị của các nguyên tố tương tác
độ bền hợp chất …
b.Góc hóa trị: là góc tạo bởi hai đoạn thẳng tưởng tượng nối hạt nhân nguyên
tử trung tâm với hai hạt nhân nguyên tử liên kết
Góc hóa trị phụ thuộc vào:
bản chất nguyên tử tương tác
kiểu hợp chất

AO trong nguyên tử s p d f
MO trong phân tử
σ π δ ϕ
Các MO khác nhau bởi sự phân bố mật độ electron tương đối so với trục
liên nhân:
 σ - dọc theo trục nối hạt nhân
 π - nằm về hai phía trục nối hạt nhân
Các MO được hình thành do sự tổ hợp tuyến tính (cộng hay trừ) các AO
(tức là sự xen phủ)
 Sự tổ hợp cộng (tổ hợp cùng dấu) các AO sẽ tạo thành các MO liên
kết (σ, π…) có năng lượng nhỏ hơn năng lượng của các AO tham gia
tổ hợp
 Sự tổ hợp trừ các AO sẽ tạo thành các MO phản liên kết (σ* ,π* …)
có năng lượng lớn hơn năng lượng của các AO tham gia tổ hợp
 MO không liên kết (σ
0
, π
0
…) do các AO chuyển nguyên vẹn mà
thành. Các MO này không ảnh hưởng tới liên kết. Năng lượng của
các MO không liên kết bằng năng lượng của các AO tạo thành nó.
14
Số MO tạo thành bằng tổng số AO tham gia tổ hợp
Sự tạo thành các MO từ các AO có thể biểu diễn bằng giản đồ năng
lượng
Điều kiện tổ hợp: các AO tham gia tổ hợp phải:
 gần nhau về năng lượng
 có mật độ electron đáng kể
 có tính đối xứng đối với trục nối hạt nhân giống nhau
Sự phân bố e trên các MO cũng tương tự như trong nguyên tử, tuân theo

Be
2
B
2
C
2
N
2
+
2
N
Tổng số e hóa trị 2 4 6 8 10 11
Giản đồ
đầu
chu kỳ
∗
X
σ
     
∗∗
ZY
ππ
,
  

       
X
σ
    ↓
ZY

2
F
2
Ne
Tổng số e hóa trị 11 12 13 14 15 16
Giản đồ
cuối
chu kỳ
∗
x
σ
    ↓
∗∗
zy
ππ
,
 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
zy
ππ
,
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
x
σ
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
∗
s
σ
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
s
σ

zy
ππ
,
       
x
σ
↓ ↓ ↓ ↓
zy
ππ
,
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
∗
s
σ
↓ ↓ ↓ ↓
s
σ
↓ ↓ ↓ ↓
Bậc liên kết 3 3 3 3
Độ dài liên kết (Å) 1,10 1,13 1,14 1,06
Năng lượng lk
(kJ/mol)
940 1076 1004 1051
Từ tính nghịch từ nghịch từ nghịch từ nghịch từ
d. Nhận xét
Khi thêm e trên các MO liên kết sẽ làm bậc liên kết tăng → liên kết sẽ
bền hơn
Khi thêm e vào các MO phản liên kết sẽ làm bậc liên kết giảm → liên
kết sẽ kém bền hơn
Khi thêm e vào MO không liên kết, bậc liên kết không thay đổi

8
2
2
2
2
2
2
2
2
=Ψ−+
∂
Ψ∂
+
∂
Ψ∂
+
∂
Ψ∂
VE
h
m
zyx
π
- Thế năng V:
2
2
1
2
2
2

=Ψ
π
2
1
2
b
r
b
e
−
=Ψ
π
→ Một cách gần đúng: hàm sóng Ψ của phân tử H
2
:
21 ba
ΨΨ=Ψ
Khi hai nguyên tử H tiến lại gần nhau: e
1
gần hạt nhân b, e
2
gần hạt nhân a →
hàm sóng được bổ sung thêm đại lượng:
12
'
ba
ΨΨ=Ψ
Một cách gần đúng:
122211
2

- hàm bất đối xứng
Về phương diện vật lý:
Ψ
S
- ứng với trường hợp 2e của H
2
có spin ngược dấu: mật độ e tăng lên
trong vùng không gian giữa hai hạt nhân → lực hút xuất hiện → liên kết hình
thành
Ψ
A
- ứng với trường hợp 2e của H
2
có spin cùng dấu: mật độ e giảm
xuống = 0 trong vùng không gian giữa hai hạt nhân → lực đẩy xuất hiện → liên
kết không hình thành
Liên kết giữa các nguyên tử H được tạo thành như trên gọi là liên kết cộng hóa trị.
b. Nội dung cơ bản của phương pháp VB về liên kết cộng hóa trị:
Liên kết cộng hóa trị cơ sở trên cặp e ghép đôi có spin ngược dấu và
thuộc về đồng thời cả hai nguyên tử tương tác (liên kết 2e – 2 tâm)
19
r
a1
r
b2
2
1
a b
r
ab

c. Các loại liên kết cộng hóa trị và bậc liên kết
Các loại liên kết cộng hóa trị: tùy thuộc vào cách xen phủ của các AO,
tính đối xứng tương đối so với đường nối các hạt nhân mà người ta chia
ra các kiểu liên kết σ, π, δ
Bậc liên kết: liên kết đơn: bậc 1
liên kết đôi: bậc 2
liên kết ba: bậc 3
Bậc liên kết có thể là số lẻ khi có mặt liên kết π di động
Ví dụ: Cl
2
bậc liên kết = 1,13
20
C
6
H
6
bậc liên kết = 1,5
d. Các tính chất của liên kết cộng hóa trị
Khả năng tạo liên kết và tính bão hòa của liên kết cộng hóa trị
Dựa vào cơ chế tạo liên kết ta có thể biết được khả năng tạo liên kết cộng hóa
trị của một nguyên tố. Có 2 cơ chế tạo liên kết:
 Cơ chế ghép đôi: liên kết cộng hóa trị được hình thành do sự xen phủ
của 2 AO hóa trị chứa e độc thân của 2 nguyên tử tương tác.
→ Khả năng tạo liên kết cộng hóa trị theo cơ chế ghép đôi được quyết định bởi
số AO chứa e độc thân
Chú ý: số AO chứa e độc thân có thể tăng lên do kích thích:
Ví dụ: C 2s
2
2p
2

21
• Điều kiện để lai hóa bền
√ Năng lượng của các AO tham gia lai hóa xấp xỉ nhau
√ Mật độ e của các AO tham gia lai hóa đủ lớn
√ Liên kết tạo thành đủ bền
→ Trong một chu kỳ: ∆E
ns - np
↑: khả năng LH ↓
Li Be B C N O F Ne
∆E
2s – 2p
(eV)
1.9 2.8 5.7 8.1 11.4 18.9 22.6 26.8
Trong một phân nhóm: kích thước nguyên tử ↑ → khả năng LH ↓
• Các kiểu lai hóa thường gặp: sp, sp
2
, sp
3
Ví:
 Dự đoán trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm A trong phân tử AB
n
y = 2 → A ở trạng thái LH sp → góc LH 180
0
y = 3 → A ở trạng thái LH sp
2
→ góc LH 120
0
y = 4 → A ở trạng thái LH sp
3
→ góc LH 109

- Hiệu ứng đẩy của ↑↓ tự do > của ↓↑ LK > của ↑
- Nếu χ
A
< χ
B
: Đám mây e nằm lệch về phía B → góc dễ bị thu hẹp hơn
- Nếu χ
A
> χ
B
: Đám mây e nằm lệch về phía A → góc khó bị thu hẹp hơn
Kiểu lai hóa của
nguyên tử trung tâm
Dạng phân tử Cấu hình không
gian của phân tử
sp AB
2
Đường thẳng
sp
2
AB
3
Tam giác phẳng
AB
2
Góc (≈ 120
0
)
sp
3

χ
A
<< χ
B
Lk cht không cực lk cht có cực lk ion
e. Nhận xét về phương pháp VB
Phương pháp VB giải quyết được một số vấn đề của liên kết cộng hóa trị
 Khả năng tạo liên kết cộng hóa trị
 Các đặc trưng của liên kết
 Giải thích được cấu trúc và tính chất của nhiều phân tử
 Dễ hình dung
Nhược điểm của phương pháp VB: chưa được tổng quát, còn nhiều hiện
tượng thực nghiệm không thể giải thích được bằng phương pháp này:
 Tính thuận từ của O
2
 Sự tồn tại khá bền của ion phân tử
+
2
H
 Màu sắc, quang phổ của phân tử …
3. So sánh thuyết VB và MO
Khi giải gần đúng phương trình sóng Schroedinger, 2 phương pháp xuất
phát từ luận điểm cơ bản khác nhau:
VB: mô tả sự chuyển động đồng thời của cặp e
MO: mô tả sự chuyển động của từng e riêng biệt.
23
Giống nhau ở liên kết 2 tâm:
 Cả 2 thuyết đều dẫn đến sự phân bố e trong phân tử giống nhau.
 Để tạo thành liên kết cộng hóa trị phải có mật độ e giữa 2 hạt nhân
nguyên tử

, C
6
H
6
…)
b. Lưỡng cực và moment lưỡng cực
 Phân tử có cực : xuất hiện lưỡng cực điện gồm hai tâm có điện tích bằng
nhau nhưng trái dấu (δ+, δ- ) , nằm cách nhau một khoảng l gọi là độ dài
lưỡng cực
 Moment lưỡng cực: là đại lượng vectơ có chiều quy ước từ cực dương
đến cực âm
 µ = ql = δel. Thực tế µ thường được đo bằng đơn vị debye (D)
 Moment lưỡng cực của phân tử là tổng vectơ moment lưỡng cực của các
liên kết và các cặp electron hóa trị tự do → Các phân tử có cấu tạo đối
xứng đều có
0
=µ

 Phân tử cộng hóa trị: µ = 0 ÷ 4 D. µ càng lớn phân tử càng phân cực
mạnh
24