Hoá học đại cương

Hình học phân tử (VSEPR), lai hoá orbital

Dự đoán hình dạng phân tử từ lực đẩy giữa các cặp electron quanh nguyên tử trung tâm.

1 THCS 2 THPT 3 Đại học 4 Nâng cao 5 Nghiên cứu

Trực giácTrực giác: các cặp electron giữ khoảng cách

Các cặp electron quanh nguyên tử trung tâm đẩy nhau nên chúng dàn ra xa nhau nhất có thể. Đếm số cặp liên kết (X) và cặp electron tự do (E) quanh nguyên tử trung tâm A cho ta ký hiệu AXE; cách sắp xếp mọi cặp quyết định hình dạng phân tử. Đây là mô hình VSEPR (lực đẩy giữa các cặp electron lớp vỏ hoá trị).

Chọn một dạng và bật/tắt các cặp electron tự do (thuỳ màu cam). Cặp electron tự do chiếm nhiều chỗ hơn cặp liên kết, làm góc liên kết bị ép nhỏ lại.

Phổ thôngMức phổ thông: từ số cặp electron đến hình dạng

Dạng AXE, hình dạng, góc lý tưởng và ví dụ
AXE	Hình dạng	Góc	Ví dụ
AX₂	thẳng	180°	$\ce{CO2}$
AX₃	tam giác phẳng	120°	$\ce{BF3}$
AX₂E	chữ V	< 120°	$\ce{SO2}$
AX₄	tứ diện	109,5°	$\ce{CH4}$
AX₃E	chóp tam giác	≈ 107°	$\ce{NH3}$
AX₂E₂	chữ V	≈ 104,5°	$\ce{H2O}$
AX₅	lưỡng chóp tam giác	90°, 120°	$\ce{PCl5}$
AX₄E	bập bênh	< 90°, < 120°	$\ce{SF4}$
AX₆	bát diện	90°	$\ce{SF6}$
AX₄E₂	vuông phẳng	90°	$\ce{XeF4}$

Ví dụ: Hình dạng của $\ce{NH3}$

Dự đoán hình dạng và góc liên kết gần đúng của amoniac.

Lời giải

Nitơ có 5 electron hoá trị: 3 cặp tạo liên kết với H và còn 1 cặp tự do. Đó là AX₃E: 4 cặp electron (sắp xếp tứ diện), nên hình dạng là chóp tam giác với góc H–N–H khoảng 107°.

Đại họcĐại học: lai hoá orbital

Thuyết liên kết hoá trị mô tả cùng các hình dạng đó bằng orbital lai hoá: hai, ba, bốn, năm và sáu cặp electron ứng với lai hoá $sp$ , $sp^2$ , $sp^3$ , $sp^3d$ và $sp^3d^2$ . Lai hoá mô tả hình dạng khi đã biết nó; bản thân nó không dự đoán được hình dạng.

Chuyển giữa

sp

sp^2

và

sp^3

: số thuỳ và góc giữa chúng khớp với các dạng AX

_n

ở trên (180°, 120°, 109,5°).

$\ce{NH3}$ là phân tử $\mathrm{AX_3E}$ . VSEPR dự đoán hình dạng và góc liên kết gần đúng nào?

Hình học phân tử của $\ce{CO2}$ ( $\mathrm{AX_2}$ ) là gì?