Bài Giảng Hóa Học Các Hợp Chất Cao Phân Tử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2019

ThS. TRẦN THỊ THANH THỦY

TS. VŨ HUY ĐỊNH

HãA HäC C¸C HîP CHÊT

CAO PH¢N Tö

ThS. TRẦN THỊ THANH THỦY, TS. VŨ HUY ĐỊNH

BÀI GIẢNG

HÓA HỌC CÁC HỢP CHẤT

CAO PHÂN TỬ

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2019

i

MỤC LỤC

MỤC LỤC..............................................................................................................i

LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................... 1

Chƣơng 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÓA HỌC HỮU CƠ ................................. 3

1.1. Cấu tạo và đặc điểm của nguyên tử cacbon............................................... 3

1.1.1. Cấu trúc vỏ electron của nguyên tử cacbon ....................................... 3

1.1.2. Các trạng thái lai hoá của nguyên tử cacbon..................................... 4

1.2. Liên kết hoá học trong các hợp chất hữu cơ .............................................. 5

1.2.1. Liên kết xich ma (



)........................................................................... 6

1.2.2. Liên kết pi (



) .................................................................................... 6

1.2.3. Một số đặc điểm của liên kết cộng hóa trị.......................................... 7

1.3. Đồng phân ................................................................................................ 10

1.3.1. Đồng phân quang học ....................................................................... 10

1.3.2. Đồng phân hình học.......................................................................... 13

1.4. Hiệu ứng electron ...................................................................................... 15

1.4.1. Hiệu ứng cảm ứng............................................................................. 15

1.4.2. Hiệu ứng liên hợp.............................................................................. 17

1.4.3. Hiệu ứng siêu liên hợp ...................................................................... 20

1.5. Phản ứng hữu cơ....................................................................................... 21

1.5.1. Phân loại phản ứng hữu cơ............................................................... 21

1.5.2. Cơ chế phản ứng ............................................................................... 21

Chƣơng 2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ POLYME ......................................... 25

2.1.Vài nét lịch sử ........................................................................................... 25

2.2. Khái niệm polyme .................................................................................... 26

2.3. Danh pháp polyme ................................................................................... 28

2.4. Phân loại polyme...................................................................................... 29

2.4.1. Phân loại theo nguồn gốc ................................................................. 29

2.4.2. Phân loại theo đặc điểm thành phần ................................................ 29

2.4.3. Phân loại dựa vào cấu trúc mạch ..................................................... 33

2.4.4. Phân loại vật liệu polyme trong công nghiệp................................... 34

2.5. Tính chất cơ lý và hóa học của polyme.................................................... 35

2.5.1. Tính chất cơ lý................................................................................... 35

2.5.2. Tính chất hóa học.............................................................................. 37

ii

2.6. Phản ứng tổng hợp polyme ......................................................................39

2.6.1. Phản ứng trùng hợp ..........................................................................39

2.6.2. Phản ứng trùng ngưng ......................................................................41

2.7. Giới thiệu một số polyme.........................................................................42

Chƣơng 3. PHẢN ỨNG TRÙNG HỢP ...........................................................45

3.1. Trùng hợp gốc ..........................................................................................46

3.1.1. Gốc tự do...........................................................................................46

3.1.2. Cơ chế của phản ứng trùng hợp gốc.................................................48

3.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trùng hợp gốc .........................53

3.1.4. Sự chuyển mạch và ảnh hưởng của chúng đến quá trình trùng hợp 55

3.1.5. Các phương pháp tiến hành trùng hợp gốc ......................................58

3.1.6. Phản ứng đồng trùng hợp gốc...........................................................62

3.1.7. Khả năng phản ứng của monome và gốc tự do.................................63

3.2. Trùng hợp ion...........................................................................................65

3.2.1. Trùng hợp cation...............................................................................66

3.2.2. Trùng hợp anion................................................................................73

3.3. Polyme đồng trùng hợp nhánh và polyme đồng trùng hợp khối..............77

3.3.1. Phương pháp điều chế copolyme khối ..............................................77

3.3.2. Phương pháp điều chế copolyme nhánh ...........................................80

Chƣơng 4. PHẢN ỨNG TRÙNG NGƢNG.....................................................84

4.1. Khái niệm phản ứng trùng ngưng ............................................................84

4.1.1. Khái niệm ..........................................................................................84

4.1.2. Chiều hướng phản ứng của các hợp chất đa chức ...........................87

4.2. Trùng ngưng cân bằng..............................................................................88

4.2.1. Khái niệm ..........................................................................................88

4.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến trùng ngưng............................................89

4.3. Trùng ngưng không cân bằng...................................................................95

4.4. Các phương pháp tiến hành trùng ngưng .................................................98

Chƣơng 5. TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA POLYME.................................101

5.1. Đặc điểm phản ứng hóa học của polyme ...............................................101

5.2. Các phản ứng chuyển hóa đồng dạng của nhóm chức ...........................103

5.2.1. Polyme mạch hiđrocacbon..............................................................103

5.2.2. Polyme chứa nhóm ancol và các dẫn xuất của ancol.....................105

5.2.3. Polyme dị mạch ...............................................................................106

iii

5.3. Các phản ứng khâu mạch polyme .......................................................... 108

5.3.1. Phản ứng của polyme cao su .......................................................... 108

5.3.2. Phản ứng đồng trùng hợp khối, đồng trùng hợp nhánh ................. 110

5.3.3. Phản ứng khâu mạch của polyme dị mạch ..................................... 111

5.4. Sự phân hủy polyme............................................................................... 111

5.4.1. Sự phân hủy hóa học....................................................................... 112

5.4.2. Sự phân hủy vật lý........................................................................... 117

5.5. Sự lão hóa polyme.................................................................................. 125

Chƣơng 6. MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA POLYME...................... 129

6.1. Sự mềm dẻo của mạch polyme .............................................................. 129

6.1.1. Sự nội quay phân tử ........................................................................ 129

6.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự mềm dẻo của mạch polyme ............ 131

6.2. Dung dịch polyme .................................................................................. 131

6.2.1. Bản chất của dung dịch polyme ...................................................... 131

6.2.2. Khả năng hoà tan của polyme - Sự trương..................................... 132

6.2.3. Đặc điểm của dung dịch polyme..................................................... 135

6.3. Khối lượng phân tử của polyme............................................................. 135

TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................. 138

1

LỜI NÓI ĐẦU

Bài giảng “Hóa học các hợp chất cao phân tử” được biên soạn theo khung

chương trình đào tạo bậc đại học, dùng để làm tài liệu giảng dạy và học tập môn

học Hóa học các hợp chất cao phân tử, Hóa học Polyme cho các ngành học Chế

biến lâm sản, Công nghệ vật liệu của trường Đại học Lâm nghiệp; làm tài liệu

tham khảo cho môn học liên quan đến các hợp chất polyme…

Nội dung Bài giảng gồm 6 chương bao gồm các nội dung về cơ sở lý thuyết

hóa học hữu cơ, giới thiệu chung về polyme, phản ứng trùng hợp, phản ứng

trùng ngưng, tính chất hóa học của polyme, một số tính chất cơ lý của polyme.

Nội dung bài giảng cung cấp những kiến thức cơ bản thuộc lĩnh vực Hóa học

các hợp chất cao phân tử. Người đọc cần nắm được những kiến thức cơ bản về

cơ sở lý thuyết các quá trình hóa học và cấu tạo hợp chất hữu cơ.

Trong quá trình biên soạn bài giảng này, nhóm tác giả đã nhận được sự góp

ý nhiều lần của các Giảng viên trong Bộ môn Hóa học, Trường Đại học Lâm

nghiệp. Tuy vậy, bài giảng không tránh khỏi thiếu sót, hạn chế. Nhóm tác giả

kính mong nhận được sự góp ý của đồng nghiệp, bạn đọc để cuốn sách được tái

bản lần sau có chất lượng hơn.

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

Nhóm tác giả

3

Chƣơng 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÓA HỌC HỮU CƠ

1.1. Cấu tạo và đặc điểm của nguyên tử cacbon

1.1.1. Cấu trúc vỏ electron của nguyên tử cacbon

Cacbon là nguyên tố thuộc chu kỳ 2, phân nhóm chính nhóm IV của bảng

HTTH. Lớp vỏ electron của C có 6 electron và được chia làm 2 lớp: Lớp trong

có 2 electron (1s2

), lớp ngoài có 4 electron được chia thành 2 phân lớp (2s2

2p2

).

2p

2 2s

2

Các electron s và p chuyển động tạo nên những đám mây electron (obitan)

khác nhau. Obitan s có dạng hình cầu, các obitan p có dạng hình số 8. Các

obitan p định hướng trong không gian theo 3 chiều px , py ,pz

.

+

_

_

_

+

+

+

x x x x

y y y y

z z z z

s px py pz

Hình 1.1. Hình dạng obitan 2s, 2p của nguyên tử cacbon

Đó là sự phân bố electron trên các obitan của nguyên tử cacbon ở trạng thái

cơ bản hay trạng thái tĩnh. Ở trạng thái này, cacbon có 2 electron độc thân (2p2

),

do vậy cacbon có thể có hóa trị 2.

Thực tế, trong các hợp chất hữu cơ, cacbon có hóa trị 4. Điều này có thể

giải thích được trên cơ sở thuyết lượng tử. Theo quan điểm của thuyết này, trước

khi tạo thành các liên kết, dưới tác dụng của năng lượng, một electron ở phân

lớp 2s sẽ được kích thích để chuyển lên phân lớp 2p.

2p

2 2s

2 2p

3 2s

1

Năng lượng cần thiết để dùng cho quá trình này gọi là năng lượng kích

thích và nó sẽ được bù lại sau khi hình thành liên kết. Ở trạng thái kích thích,

4

nguyên tử cacbon có 4 electron độc thân, vì thế cacbon có hóa trị 4. Bốn

electron độc thân của cacbon được phân bố ở hai trạng thái khác nhau về mặt

năng lượng. Một electron 2s ở trạng thái năng lượng thấp hơn, khả năng đi vào

liên kết khó hơn. Ba electron 2p tồn tại ở trạng thái năng lượng cao hơn, khả

năng đi vào liên kết dễ dàng hơn. Do vậy, một trong bốn liên kết của cacbon tạo

bởi electron 2s phải khác với 3 liên kết còn lại tạo bởi các electron 2p. Tuy

nhiên, trong thực tế bốn liên kết của nguyên tử cacbon no thường giống nhau về

độ dài và độ bền. Để giải thích vấn đề này, người ta cho rằng obitan 2s đã trộn

lẫn với các obitan 2p để tạo thành các obitan mới có mức năng lượng và hình

dạng không gian giống nhau. Đó chính là sự lai hóa của các obitan.

1.1.2. Các trạng thái lai hoá của nguyên tử cacbon

Trong các hợp chất hữu cơ, nguyên tử cacbon có thể tham gia vào 3 trạng

thái lai hóa khác nhau:

- Lai hóa sp3

(hay lai hóa tứ diện): Ở trạng thái này, một obitan 2s đã trộn

lẫn với 3 obitan 2p để được 4 obitan lai hóa giống hệt nhau hướng về bốn đỉnh

của một tứ diện đều. Trục của các obitan lai hóa tạo với nhau những góc bằng

nhau và bằng 109o

28’ (góc hóa trị). Đây là trạng thái lai hóa bền vững nhất của

nguyên tố cacbon. Nguyên tử cacbon lai hóa sp3

tham gia 4 liên kết đơn (4 liên

kết xichma, ζ), như vậy nguyên tử cacbon lai hóa sp3

là nguyên tử cacbon no;

- Lai hóa sp 2

(hay lai hóa tam giác): Ở trạng thái này, obitan 2s trộn lẫn

với 2 obitan 2p để tạo thành 3 obitan lai hóa. Ba obitan lai hóa nằm trên cùng

một mặt phẳng và trục của chúng tạo với nhau những góc 1200

. Ở trạng thái lai

hóa sp2

, nguyên tử cacbon còn lại một electron 2p không tham gia lai hóa, trục

của nó vuông góc với mặt phẳng chứa ba obitan lai hóa. Electron 2p này sẽ tham

gia hình thành liên kết  với nguyên tử bên cạnh. Trạng thái lai hóa sp2

là trạng

thái lai hóa của cacbon mang một nối đôi (C mang 1 liên kết  và 3 liên kết ζ);

- Lai hóa sp (hay lai hóa đường thẳng): Ở trạng thái lai hóa này, obitan 2s

trộn lẫn với một obitan 2p để được hai obitan lai hóa giống hệt nhau. Hai obitan

này cùng nằm trên một đường thẳng và tạo với nhau góc 1800

. Ở trạng thái lai

hóa sp, nguyên tử cacbon còn lại hai obitan p không tham gia lai hóa, trục của

chúng vuông góc với nhau và đồng thời vuông góc với đường thẳng chứa 2

obitan lai hóa, các electron p này sẽ tham gia hình thành các liên kết . Trạng

thái lai hóa sp là trạng thái lai hóa của cacbon mang liên kết ba hoặc 2 liên kết

đôi (C mang 2 liên kết  và 2 liên kết ζ).

5

Dưới đây mô tả hình dạng và sự phân bố các đám mây electron ở các trạng

thái lai hóa khác nhau:

Lai hóa sp3

Lai hóa sp2

Lai hóa sp

Hình 1.2. Các trạng thái lai hóa của nguyên tử cacbon

Ví dụ: Xét trạng thái lai hóa của mỗi nguyên tử C trong một số phân tử:

Trong phân tử propen, nguyên tử C

(1) và C(2) có trạng thái lai hóa sp2

do

mang 1 liên kết đôi, C(3) có trạng thái lai hóa sp3 do là C no. Góc tạo bởi 3 nguyên

tử C là 1200

, là góc lai hóa của C(2), do vậy mạch cacbon có dạng gấp khúc.

Các nguyên tử C trong vòng benzen đều có trạng thái lai hóa sp2

. Các góc

lai hóa trong phân tử benzen đều bằng 1200

, là góc lai hóa của Csp2.

Trong phân tử propin, nguyên tử C

(1) và C(2) có trạng thái lai hóa sp do

mang 1 liên kết ba, C(3) có trạng thái lai hóa sp3

. Góc tạo bởi 3 nguyên tử C là

1800

, là góc lai hóa của C(2), do vậy mạch cacbon có dạng thẳng.

Khi tham gia các phản ứng hóa học, sự phá vỡ liên kết cũ và hình thành

liên kết mới sẽ làm thay đổi trạng thái lai hóa của nguyên tử cacbon.

1.2. Liên kết hoá học trong các hợp chất hữu cơ

Nguyên tử của các nguyên tố có thể kết hợp với nhau để tạo nên phân tử,

tức là liên kết với nhau để tạo nên hợp chất. Nói một cách khác, các nguyên tử

đều có khuynh hướng bão hòa lớp vỏ electron ngoài cùng để trở thành lớp vỏ

electron bền vững (lớp vỏ của khí trơ). Có nhiều kiểu liên kết hóa học với những

đặc điểm khác nhau: liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí, liên kết

Ví dụ:

6

hiđro, liên kết kim loại... Trong các loại liên kết trên, liên kết cộng hóa trị

thường gặp trong các hợp chất hữu cơ.

Liên kết hóa học thực hiện bằng những cặp electron dùng chung gọi là liên

kết cộng hóa trị. Theo quan điểm hiện đại thì liên kết cộng hóa trị được hình

thành khi có sự xen phủ tối đa của hai obitan nguyên tử (AO). Obitan xen phủ

nhận được khi ấy gọi là obitan phân tử (MO).

Tùy theo kiểu xen phủ của các obitan nguyên tử, người ta phân biệt liên kết

cộng hóa trị thành liên kết xich ma (



) và liên kết pi (



).

1.2.1. Liên kết xich ma (



)

Liên kết



: Là liên kết mà phương của các obitan nguyên tử xen phủ trùng

với phương liên kết (trục nối tâm giữa hai nguyên tử). Obitan phân tử bao quanh

trục nối hai nguyên tử. Liên kết



có thể tạo bởi các obitan nguyên tử s với s, s

với p, p với p hoặc sp

3

, sp

2

, sp với nhau và với các obitan s, p.

H H H C C C

Hình 1.3. Liên kết



giữa H-H, giữa H-C, giữa C-C

Với liên kết ζ, vùng xen phủ của các obitan nguyên tử là lớn hơn so với các

liên kết cộng hóa trị khác, các obitan tham gia xen phủ tạo liên kết ζ có khả

năng quay tự do quanh trục liên kết (tính linh động) nên liên kết



là loại liên

kết bền vững.

Liên kết



có đối xứng trục, do vậy nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử có

thể quay tương đối tự do quanh trục đối xứng làm xuất hiện các cấu dạng khác

nhau trong một số loại hợp chất hữu cơ.

1.2.2. Liên kết pi (



)

Liên kết



: Là loại liên kết mà các obitan nguyên tử xen phủ với nhau theo

kiểu “cạnh sườn”, phương của các obitan nguyên tử xen phủ vuông góc với

phương liên kết. Obitan phân tử đối xứng nhau qua mặt phẳng nút (mặt phẳng

chứa trục nối hai nhân nguyên tử và vuông góc với trục của obitan nguyên tử).

Liên kết



tạo thành giữa hai obitan p với p, p với d hoặc d với d.

H

H

H

H

H

H H

H

_

+

Hình 1.4. Sự xen phủ p-p tạo liên kết



7

Với liên kết π, các obitan nguyên tử xen phủ nhau ít, các obitan tham gia

xen phủ tạo liên kết π không còn khả năng quay tự do quanh trục liên kết (tính

cứng nhắc) do vậy các liên kết



thường kém bền, dễ bị phá vỡ khi tham gia

các phản ứng hóa học.

Khi tham gia liên kết π, các nhóm thế không có khả năng quay tự do xung

quanh trục đối xứng, đây là nguyên nhân làm xuất hiện đồng phân hình học

trong các hợp chất có nối đôi C=C.

Trong các phản ứng hữu cơ, liên kết π được tạo thành giữa hai nguyên tử

cacbon với nhau, giữa cacbon và nguyên tử của nguyên tố khác như oxi, nitơ...

tạo liên kết đôi và liên kết ba. Liên kết đôi gồm 1 liên kết ζ và 1 liên kết π. Liên

kết ba gồm 1 liên kết ζ và 2 liên kết π.

C C C C C O C NH C N

Trường hợp các liên kết π hình thành giữa hai nguyên tử của hai nguyên tố

có độ âm điện chênh lệch nhau thì nó sẽ bị phân cực.









C O

Ở những hợp chất có liên kết đôi liên hợp, chẳng hạn như trong phân tử

buta-1,3-đien (CH2=CH-CH=CH2), các electron  linh động, chúng thường

được giải toả trên toàn mạch liên hợp làm cho các hợp chất thuộc loại này có

những tính chất khác biệt so với các chất chứa nối đôi bình thường.

1.2.3. Một số đặc điểm của liên kết cộng hóa trị

Liên kết cộng hóa trị có những đặc tính khác với những loại liên kết khác:

a) Độ dài liên kết

Thực nghiệm đã xác định được khoảng cách giữa hai hạt nhân nguyên tử

trong liên kết cộng hóa trị là một đại lượng không đổi. Khoảng cách đó được gọi

là độ dài liên kết. Độ dài liên kết thường được kí hiệu là d, đơn vị tính bằng

angtron (Å), 1 Å = 10-8

cm. Độ dài liên kết bằng tổng bán kính cộng hóa trị của

hai nguyên tử liên kết với nhau.

Bán kính cộng hóa trị của hiđro là 0,37 Å thì độ dài liên kết H-H là 0,37 +

0,37 = 0,74 Å. Khi tạo thành phân tử hiđro, đã có sự xen phủ nhau giữa hai

obitan 1s của hai nguyên tử hiđro.

8

Một số độ dài của liên kết khác:

Liên kết C-H C-C C=C O-H C-Cl

d (Å) 1,09 1,54 1,34 0,96 1,77

Sự xen phủ giữa hai obitan nguyên tử càng nhiều, độ dài liên kết càng

ngắn, liên kết càng bền, càng khó bị phá vỡ. Song độ dài liên kết không phải là

đại lượng cơ bản để đánh giá sự bền vững của một liên kết hóa học.

b) Độ phân cực của liên kết

Trong liên kết cộng hóa trị, nếu obitan phân tử có cấu tạo cân đối, nghĩa

là mật độ electron của obitan phân tử phân bố đều giữa hai hạt nhân, trọng

tâm điện tích âm và dương trùng nhau thì liên kết là không phân cực. Liên kết

cộng hóa trị không phân cực chỉ tạo thành giữa hai nguyên tử của cùng một

nguyên tố.

Ví dụ: Liên kết H-H; Cl-Cl; CH3-CH3; CCl3-CCl3.

Trong trường hợp nếu obitan phân tử có cấu tạo không cân đối, nghĩa là

mật độ electron của obitan phân tử lệch về phía một trong hai nguyên tử thì liên

kết cộng hóa trị đó là phân cực. Liên kết cộng hóa trị phân cực thường được

hình thành bởi các nguyên tử có độ âm điện khác nhau liên kết với nhau. Khi ấy,

mật độ electron của obitan phân tử sẽ lệch về phía nguyên tử nào có độ âm điện

lớn hơn, làm cho nguyên tử đó giàu electron hơn, tức nó mang một phần điện

tích âm (kí hiệu

 

). Ngược lại, nguyên tử kia nghèo electron hơn, mang một

phần điện tích dương (kí hiệu

 

). Trong một số trường hợp, liên kết giữa 2

nguyên tử của cùng một nguyên tố cũng có thể phân cực do ảnh hưởng của hiệu

ứng electron của các nhóm nguyên tử trong phân tử. Trọng tâm điện tích dương

và âm không trùng nhau mà cách nhau một khoảng l nào đó.

Ví dụ: Trong liên kết C-F, flo có độ âm điện là 4, cacbon là 2,5 (đơn vị

Pauling), nghĩa là flo có độ âm điện lớn hơn, liên kết C-F bị phân cực về phía

nguyên tử flo, flo mang điện tích âm còn cacbon mang điện tích dương:



 

C F

_

Để đặc trưng cho độ phân cực của liên kết cộng hóa trị, người ta dùng đại

lượng momen lưỡng cực, kí hiệu là



và được tính bằng biểu thức:



= q.l

9

q (culong, C) là điện tích

  ,

 

; l (mét, m) là độ dài lưỡng cực (khoảng

cách giữa các trọng tâm điện tích âm và điện tích dương). Đơn vị của



là

Đơbai (D), 1 D = 3,33564.10-30 C.m.

Mômen lưỡng cực của một vài liên kết như sau:

Liên kết C-C C-H C-N C-O C-Cl

μ (D) 0,0 0,4 1,2 1,6 2,3

Mômen lưỡng cực đặc trưng cho độ phân cực của liên kết. Liên kết không

phân cực μ = 0, liên kết phân cực μ > 0, μ càng lớn thì liên kết càng phân cực và

ngược lại. Nói chung, liên kết càng phân cực càng kém bền, càng dễ bị phá vỡ

trong quá trình tham gia phản ứng.

c) Năng lượng liên kết

Trong quá trình hình thành phân tử các chất từ các nguyên tử tự do có sự

giải phóng năng lượng, năng lượng đó được gọi là năng lượng nguyên tử hình

thành phân tử và được tính bằng kcal/mol hoặc kJ/mol.

Vậy năng lượng nguyên tử hình thành phân tử là năng lượng được giải phóng

ra khi hình thành một mol chất từ các nguyên tử tự do ở điều kiện tiêu chuẩn.

Ví dụ: Khi tạo thành một mol HCl từ các nguyên tử tự do H và Cl, giải

phóng ra một năng lượng 102 kcal, nên năng lượng nguyên tử hình thành phân

tử bằng 102 kcal/mol.

Đối với phân tử hai nguyên tử thì năng lượng nguyên tử hình thành phân tử

cũng chính là năng lượng liên kết.

Năng lượng liên kết chính là năng lượng cần thiết để phá vỡ liên kết đó.

Năng lượng liên kết càng nhỏ, liên kết càng kém bền, càng dễ bị phá vỡ và

ngược lại.

Đối với phân tử nhiều nguyên tử như CH4, C2H6... người ta dùng khái niệm

năng lượng liên kết trung bình, vì trong những phân tử nhiều nguyên tử, dù gồm

những liên kết giống nhau, các liên kết đó vẫn có năng lượng liên kết khác nhau,

tuỳ theo thứ tự hình thành liên kết là trước hoặc sau.

Ví dụ: Trong phân tử CH4 có 4 liên kết C-H có năng lượng: 435, 443, 443,

338 kJ/mol (theo thứ tự phân ly các liên kết). Năng lượng nguyên tử hình thành

CH4 là: 435 + 443 + 443 +338 = 1659 kJ/mol, năng lượng liên kết trung bình

của liên kết C-H là 1659/4 ≃ 415 kJ/mol.

10

Liên kết C-H C-C C=C O-H C-Cl

Elk (kcal/mol) 98,7 79,3 140,5 109,4 75,8

1.3. Đồng phân

Một hiện tượng rất phổ biến trong hóa học hữu cơ là hiện tượng đồng

phân. Hiện tượng này đã được giải thích trên cơ sở thuyết cấu tạo của nhà hóa

học Nga A. M. Butlerop. Do có hiện tượng đồng phân mà số lượng các hợp chất

hữu cơ tìm thấy tăng lên gấp bội.

Những chất có cùng công thức phân tử nhưng có cấu tạo khác nhau và do

đó có những tính chất đặc trưng khác nhau gọi là các chất đồng phân.

Có hai loại đồng phân chính: đồng phân cấu trúc (đồng phân mặt phẳng),

đồng phân không gian (đồng phân lập thể).

Đồng phân cấu trúc là các đồng phân khác nhau về trật tự sắp xếp các

nguyên tử trong phân tử, bao gồm 4 loại: đồng phân mạch cacbon, đồng phân

nhóm định chức, đồng phân do vị trí nhóm chức, hiện tượng hỗ biến (tautome).

Bản chất của đồng phân lập thể là sự khác nhau về cấu trúc không gian của

các phân tử. Có hai loại đồng phân lập thể: đồng phân quang học, đồng phân

hình học.

Ở đây ta xét kỹ hơn các đồng phân lập thể.

1.3.1. Đồng phân quang học

Khi chiếu ánh sáng qua lăng kính Nicon sẽ thu được ánh sáng phân cực.

Lăng kính Nicon giữ lại trên phương truyền những dao động của ánh sáng

trong một mặt phẳng duy nhất. Khi nghiên cứu về sự tương tác của ánh sáng

phân cực đối với các chất, năm 1813, nhà vật lý học người Pháp là Bio đã

phát hiện trong tự nhiên tồn tại hai loại tinh thể thạch anh, một loại làm quay

mặt phẳng ánh sáng phân cực sang trái, một loại làm quay mặt phẳng ánh

sáng phân cực sang phải. Ngoài ra, có một số tinh thể của một số hợp chất

khác như HgS, ZnSO4, NaCl cũng có đặc tính tương tự. Năm 1875, Bio lại

phát hiện có một số hợp chất hữu cơ cũng có khả năng làm quay mặt phẳng

ánh sáng phân cực như dầu thông, dung dịch đường, dung dịch long não,

dung dịch axit tactric...