Chương 8 THUYẾT LIÊN KẾT HÓA TRỊ
CHƯƠNG 8
THUYẾT LIÊN KẾT HOÁ TRỊ
Chúng ta biết theo tiên đề 1 của cơ học lượng tử, thì mọi thông tin về hệ vi mô chỉ có thể được rút ra từ phương trình sóng mà cụ thể là phương trình sóng Schrodinger, nhưng chúng ta cũng đã biết phương trình sóng Schrodinger chỉ giải chính xác cho nguyên tử H (hoặc ion hidrogenoid). Với nguyên tử nhiều electron, cũng đã nhờ phương pháp gần đúng, đó là mô hình trường xuyên tâm đã nghiên cứu trong các chương trước. Còn đối với phân tử (là hệ ít nhất có 2 nhân) thì hệ lại càng phức tạp. Thí dụ như phân tử H2 : ∧
Từ phương trình sóng Schrodinger : H ψ = Eψ Đối với phân tử H2 thì : ∧
H =−
Với :
h2 8π 2 m 2 1=
2 1−
h2 8π 2 m
δ2 δx12
+
δ2 δy12
e1 2 2 1 2+ e (
1 1 1 1 1 + − − − − R r12 r1a r1b r2 a r2b )
+
δ2 δz12
và
2 2
=
δ2 δx 22
+
δ2 δy 22
e2
r12
+
δ2
r2a
r2b
r1a Ha
r1b R
Hb
δz 22
Phương trình sóng Schrodinger không thể giải được, phải dựa trên phương pháp gần đúng. Cũng năm 1927 đồng thời có 2 trường phái theo hai kiểu gần đúng : đó là thuyết liên kết hóa trị (gọi tắt VB) và thuyết orbital phân tử (MO). Trong chương sau, chúng ta sẽ nghiên cứu MO, bây giờ chúng ta sẽ tiếp cận thuyết liên kết hoá trị (VB) và dù là phương pháp nào đi nữa, cũng nằm trong hệ thống cơ học lượng tử có nghĩa vẫn áp dụng những lý thuyết cơ bản về hệ vi mô đó là : Thuyết lượng tử Planck, lưỡng tính sóng hạt của hệ vi mô : De broglie, tiên đề về hàm sóng, nguyên lý chồng chất các trạng thái, nguyên lý không phân biệt các hạt cùng loại cũng như hệ quả của nó, ... 8.1.PHƯƠNG PHÁP HEITLER - LONDON VÀ PHÂN TỬ H2 Thuyết liên kết hóa trị còn có tên thuyết VB (do từ tiếng Anh : Valence Bond), có tên gọi khác là thuyết cặp, hoặc mang tên của hai nhà bác học : Heitler - London - người đã khảo sát phân tử H2 Đầu tiên theo hai ông thì khi tạo thành phân tử, trong phân tử vẫn còn cá tính của nguyên tử - có nghĩa các AO vẫn còn tồn tại và mỗi electron của nguyên tử H ở trạng thái cơ bản vẫn thuộc AO 1s và trong phân tử các electron vẫn chuyển động độc lập với nhau. Gọi Ha có hàm sóng không gian - AO có hàm sóng ψ a ≡ 1s a chứa electron (1), còn Hb là ψ b chứa electron (2). - Mới đầu khi 2 nguyên tử ở xa nhau (khoảng cách Ha - Hb = ∞ ) thì do mật độ xác suất tìm thấy cả 2 electron (1 và 2) của cả 2 nguyên tử Ha và Hb là ψ I2 = ψ a2 (1).ψ b2 (2) . Nên hàm sóng không gian của phân tử là ψ I = ψ a (1).ψ b (2) - Khi 2 nguyên tử tiến lại gần nhau (để tạo thành phân tử) do tính không phân biệt các hạt cùng loại ta lại có 1 hàm sóng khác hoàn toàn tương đương, đó là : ψ II = ψ a (2).ψ b (1) . - Ta thấy ψ I và ψ II là 2 nghiệm của hệ, nên theo nguyên lý chồng chất các trạng thái ta lại có nghiệm : ψ = c1ψ I + c 2 ψ II . Vì hàm ψ I và ψ II hoàn toàn tương đương nên mật độ xác suất tham gia cả 2 hàm là như nhau nên c12 = c 22 ⇒ c1 = ± c 2 Gọi c1 = ± c 2 = ± N ± (ta sẽ tìm N ± sau). 56
HOÁ ĐẠI CƯƠNG 1