Bài 8 · Chuyên đề học tập

Liên kết và cấu tạo của phức chất

Giải thích hình học của phức bằng thuyết liên kết hoá trị (orbital lai sp, sp³, dsp², d²sp³, sp³d²), đếm electron độc thân và momen từ μ = √(n(n+2)), rồi tìm số đồng phân hình học cis – trans của phức vuông phẳng và bát diện.

Ứng với SGK Hoá học 12 (bộ thống nhất): Chuyên đề 3 · Bài 8

⚡ Nhớ nhanh

1Thuyết liên kết hoá trị: ion trung tâm dùng các orbital trống đã lai hoá để nhận cặp electron của phối tử. Số orbital lai = số phối trí, hướng của orbital lai quyết định hình học.
2Hình học: sp ⇒ đường thẳng ([Ag(NH₃)₂]⁺); sp³ ⇒ tứ diện ([Zn(NH₃)₄]²⁺); dsp² ⇒ vuông phẳng ([Ni(CN)₄]²⁻); d²sp³ hay sp³d² ⇒ bát diện ([Fe(CN)₆]³⁻, [FeF₆]³⁻).
3Phối tử trường mạnh (CN⁻) ép electron d ghép đôi, nhường orbital d trống ⇒ phức spin thấp (dsp², d²sp³). Trường yếu (F⁻, Cl⁻, H₂O) giữ electron theo quy tắc Hund ⇒ spin cao (sp³, sp³d²).
4Từ tính: có electron độc thân ⇒ thuận từ, μ = √(n(n+2)) BM; không có ⇒ nghịch từ. [Fe(CN)₆]³⁻ có 1 (μ = 1,73), [FeF₆]³⁻ có 5 (μ = 5,92).
5Đồng phân cis – trans có ở vuông phẳng MA₂B₂ và bát diện MA₄B₂; không có ở tứ diện. trans-[Pt(NH₃)₂Cl₂] có μ = 0, cis thì μ ≠ 0.
6Bẫy: Ni²⁺ cùng số phối trí 4 nhưng [Ni(CN)₄]²⁻ vuông phẳng nghịch từ, [NiCl₄]²⁻ tứ diện thuận từ (2 electron độc thân).

👀 Nhìn là hiểu

Kéo thanh Bước từ 0 đến 3 để xem ion tự do → xếp electron d → trộn orbital lai → phối tử cho cặp electron, đọc lai hoá, hình học, electron độc thân, μ. Với [Pt(NH₃)₂Cl₂], bấm vào vị trí phối tử để đổi NH₃ ↔ Cl và thấy mũi tên momen lưỡng cực. Tab Thí nghiệm lắp 6 cách xếp rồi đếm đồng phân; tab Đoán trước có 4 tình huống.

Phức[Ni(CN)₄]²⁻

Số phối trí4

Lai hoádsp²

e độc thân0

Ni²⁺ + 4CN⁻ → [Ni(CN)₄]²⁻

Tên: tetracyanidonickelate(II)

Kéo thả tự do, xem số và đồ thị chạy theo.

Bước: 3 — phối tử cho cặp electron

4 phối tử cho 4 cặp electron vào 4 orbital lai ⇒ 4 liên kết cho – nhận, phức vuông phẳng; 0 electron độc thân ⇒ nghịch từ, μ = 0.

1 🧭 Orbital lai và hình học của phức

Cần nhớ

✦Mỗi liên kết trong phức là liên kết cho – nhận: phối tử cho cặp electron vào một orbital trống của ion trung tâm. Các orbital trống của ion kim loại chuyển tiếp thuộc phân lớp (n−1)d, ns, np (và nd).
✦Các orbital trống đó trộn (lai hoá) thành những orbital lai giống nhau, số orbital lai bằng số phối trí. Kiểu lai hoá quyết định hướng trong không gian nên quyết định hình học của phức.
✦Ion d¹⁰ (Zn²⁺, Ag⁺) không còn orbital d trống: chỉ lai ns với np (sp, sp³). Ion d⁸ như Ni²⁺, Pt²⁺ có thể nhường một orbital d trống để lai dsp² khi phối tử đủ mạnh.
✦Ion Ni²⁺ cho thấy phối tử quyết định cấu trúc: [Ni(CN)₄]²⁻ vuông phẳng (dsp²) nhưng [NiCl₄]²⁻ tứ diện (sp³).

Lai hoá, số phối trí và hình học

Lai hoá	Số phối trí	Hình học (góc)	Ví dụ
sp	2	đường thẳng (180°)	[Ag(NH₃)₂]⁺
sp³	4	tứ diện (109,5°)	[Zn(NH₃)₄]²⁺, [NiCl₄]²⁻
dsp²	4	vuông phẳng (90°)	[Ni(CN)₄]²⁻, [Pt(NH₃)₂Cl₂]
d²sp³ · sp³d²	6	bát diện (90°)	[Fe(CN)₆]³⁻ · [FeF₆]³⁻

Dạng bài

Xác định lai hoá và hình học từ ion trung tâm

1 Viết cấu hình electron của ion trung tâm, tìm số electron d.
2 Xét phối tử: trường mạnh (CN⁻) ép electron d ghép đôi; trường yếu (F⁻, Cl⁻, H₂O) giữ nguyên theo Hund.
3 Đếm orbital d còn trống; chọn orbital lai cho đủ số phối trí (dsp² cần 1 d trống, d²sp³ cần 2 d trống).
4 Suy ra hình học; đếm electron độc thân để biết thuận từ hay nghịch từ.
5 Thử lại: số orbital lai = số phối trí; số electron d bằng 2·(số cặp) + (số độc thân).

⚠️ Bẫy hay gặp: Thấy Ni²⁺ có số phối trí 4 liền kết luận tứ diện sp³: [NiCl₄]²⁻ đúng là tứ diện (2 electron độc thân), nhưng [Ni(CN)₄]²⁻ vuông phẳng, nghịch từ.

🧭

Làm mẫu

Xác định lai hoá, hình học và từ tính của [Ni(CN)₄]²⁻.

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

2 🔀 Phức spin cao và phức spin thấp

Cần nhớ

✦Phối tử trường mạnh (CN⁻, CO; NH₃ với Co³⁺…) đẩy mạnh các electron d nên chúng ghép đôi để chừa orbital d trống ⇒ lai hoá trong (d²sp³, dsp²), ít electron độc thân: phức spin thấp.
✦Phối tử trường yếu (F⁻, Cl⁻, H₂O) không ép được: electron d giữ riêng rẽ theo quy tắc Hund, không có d trống bên trong nên dùng orbital d ngoài (4d): sp³d² ⇒ phức spin cao.
✦Cùng ion Fe³⁺ (3d⁵): [Fe(CN)₆]³⁻ spin thấp (1 electron độc thân), [FeF₆]³⁻ spin cao (5 electron độc thân). Cùng hình bát diện nhưng khác kiểu lai hoá.
✦Trong chuyên đề này ta chỉ xét các phức cho sẵn trong bảng; không quy một phối tử thành "luôn mạnh" cho mọi ion kim loại.

So sánh một số phức bát diện

Phức	Ion	Số e d	Lai hoá	e độc thân	μ (BM)
[Fe(CN)₆]³⁻	Fe³⁺	5	d²sp³	1	1,73
[FeF₆]³⁻	Fe³⁺	5	sp³d²	5	5,92
[Co(NH₃)₆]³⁺	Co³⁺	6	d²sp³	0	0
[Fe(H₂O)₆]²⁺	Fe²⁺	6	sp³d²	4	4,90
[Fe(CN)₆]⁴⁻	Fe²⁺	6	d²sp³	0	0

Dạng bài

Đếm electron độc thân của phức bát diện

1 Xác định ion và số electron d: Fe²⁺ 3d⁶, Fe³⁺ 3d⁵, Co³⁺ 3d⁶.
2 Phối tử mạnh ⇒ xếp ghép đôi trước (spin thấp); phối tử yếu ⇒ xếp Hund (spin cao).
3 Đếm ô chỉ có một electron: đó là số electron độc thân n.
4 Thử lại: (số electron d) = 2·(ô đầy) + n.

⚠️ Bẫy hay gặp: Cho H₂O là phối tử mạnh nên [Fe(H₂O)₆]²⁺ ghép hết electron (0 độc thân); thực tế nó spin cao, μ ≈ 4,90 BM.

🧲

Làm mẫu

Tính số electron độc thân và momen từ của [Fe(H₂O)₆]²⁺ (H₂O là phối tử trường yếu).

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

3 🧲 Từ tính của phức chất

Cần nhớ

✦Phức có electron độc thân là thuận từ (bị nam châm hút); không có electron độc thân là nghịch từ (bị đẩy rất nhẹ).
✦Momen từ chỉ-spin: μ = √(n(n+2)) magneton Bohr (BM), n là số electron độc thân.
✦Đo μ bằng thực nghiệm (cân từ) ⇒ suy ra n ⇒ suy ra phức spin cao hay thấp, tứ diện hay vuông phẳng.
✦Cùng ion Ni²⁺ (3d⁸) nhưng μ ≈ 0 ⇒ phức vuông phẳng dsp²; μ ≈ 2,83 BM ⇒ phức tứ diện sp³.

Quan hệ n và μ

n (electron độc thân)	0	1	2	3	4	5
μ = √(n(n+2)) (BM)	0	1,73	2,83	3,87	4,90	5,92

Dạng bài

Từ μ đo được suy ra cấu trúc

1 Giải n(n+2) = μ² để tìm n (làm tròn thành số nguyên).
2 So n với số electron độc thân của từng khả năng (spin cao / thấp).
3 Chọn khả năng khớp, suy ra lai hoá và hình học.
4 Thử lại: tính μ từ n vừa tìm, phải gần giá trị đo.

⚠️ Bẫy hay gặp: Thấy μ ≠ 0 liền kết luận phức bát diện: [NiCl₄]²⁻ có μ ≈ 2,83 BM nhưng là tứ diện, số phối trí 4.

🧪

Làm mẫu

Một phức Ni²⁺ có số phối trí 4 đo được μ ≈ 2,8 BM. Dự đoán cấu trúc.

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

4 🔄 Đồng phân hình học cis – trans

Cần nhớ

✦Đồng phân hình học: cùng công thức, khác cách sắp xếp phối tử trong không gian. cis: hai phối tử giống nhau ở cạnh nhau (90°); trans: ở đối diện (180°).
✦Phức vuông phẳng MA₂B₂ có 2 đồng phân cis, trans; bát diện MA₄B₂ cũng 2 (cis, trans), MA₃B₃ có 2 (fac: ba phối tử cùng một mặt; mer: ba phối tử trên một "kinh tuyến").
✦Phức tứ diện không có đồng phân cis – trans: bốn vị trí đều kề nhau như nhau (109,5°).
✦Hai đồng phân khác nhau về tính chất: cis-[Pt(NH₃)₂Cl₂] (cisplatin) phân cực, μ ≠ 0 và tan trong nước nhiều hơn; trans có tâm đối xứng, μ = 0.

Số đồng phân hình học

Hình học	Công thức	Số đồng phân hình học
Vuông phẳng	MA₄ · MA₃B	1
Vuông phẳng	MA₂B₂	2 (cis, trans)
Bát diện	MA₆ · MA₅B	1
Bát diện	MA₄B₂	2 (cis, trans)
Bát diện	MA₃B₃	2 (fac, mer)
Tứ diện	mọi công thức	1

Dạng bài

Đếm đồng phân hình học

1 Xác định hình học từ số phối trí và lai hoá.
2 Kí hiệu các vị trí; liệt kê các cách đặt phối tử.
3 Loại các cách trùng nhau khi xoay phức trong không gian.
4 Đếm các nhóm còn lại; thử lại bằng bảng số đồng phân hoặc đo μ.

⚠️ Bẫy hay gặp: Cho rằng có 6 đồng phân vì có 6 cách xếp; hay cho tứ diện [Zn(NH₃)₂Cl₂] cũng có cis và trans (thực tế chỉ có một chất).

🔄

Làm mẫu

Tìm số đồng phân hình học của [Pt(NH₃)₂Cl₂] (vuông phẳng, Pt²⁺ 5d⁸).

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

5 🏠 Hoá học quanh ta

✦💊 Cisplatin: trong thập niên 1960 nhóm Rosenberg thấy điện cực platin làm vi khuẩn ngừng phân chia; chất tác dụng là cis-[Pt(NH₃)₂Cl₂]. Chỉ đồng phân cis được dùng làm thuốc chống ung thư; đồng phân trans gần như không có tác dụng đó.
✦🎨 Màu cũng phân biệt đồng phân: cis-[Co(NH₃)₄Cl₂]Cl màu tím, trans-[Co(NH₃)₄Cl₂]Cl màu lục — cùng công thức, khác cách xếp phối tử.
✦🧲 Phức thuận từ trong y học: các phức của ion có nhiều electron độc thân (như gadolinium với phối tử nhiều càng) được dùng làm chất tương phản khi chụp cộng hưởng từ.
✦⚠️ Ni(CO)₄ (niken tetracarbonyl, tứ diện) rất độc, chỉ dùng trong công nghiệp tinh chế niken; trong phức, niken(0) xếp lại electron thành 3d¹⁰ rồi lai sp³ như Zn²⁺.

6 💡 Mẹo làm nhanh và lỗi hay sai

⚡ Mẹo làm nhanh trắc nghiệm

✦Số phối trí 2 ⇒ thẳng (sp); 4 ⇒ tứ diện (sp³) hoặc vuông phẳng (dsp²); 6 ⇒ bát diện.
✦Phức vuông phẳng thường gặp: ion d⁸ (Ni²⁺ với CN⁻, Pt²⁺, Pd²⁺); ion d¹⁰ luôn là tứ diện (hoặc thẳng với Ag⁺, Au⁺).
✦Phối tử CN⁻ ⇒ spin thấp, ít electron độc thân; F⁻, Cl⁻, H₂O ⇒ spin cao, nhiều electron độc thân.
✦μ = √(n(n+2)): nhớ 1,73 · 2,83 · 3,87 · 4,90 · 5,92 cho n = 1…5.

⚠️ Lỗi hay sai nhất

✦Ni²⁺ số phối trí 4 mà kết luận luôn tứ diện: [Ni(CN)₄]²⁻ vuông phẳng, 0 electron độc thân, còn [NiCl₄]²⁻ tứ diện, 2 độc thân.
✦Cho H₂O là phối tử mạnh: [Fe(H₂O)₆]²⁺ spin cao, 4 electron độc thân (μ ≈ 4,90), không phải 0.
✦Nhầm [Fe(CN)₆]³⁻ (1 độc thân, μ = 1,73) với [FeF₆]³⁻ (5 độc thân, μ = 5,92).
✦Tính 6 đồng phân cho [Pt(NH₃)₂Cl₂]: chỉ có 2 (cis, trans).
✦Cho tứ diện có cis – trans: [Zn(NH₃)₂Cl₂] chỉ có 1 chất.
✦Quên μ chỉ ứng với electron độc thân: [Co(NH₃)₆]³⁺ có 6 electron d nhưng n = 0 nên nghịch từ.

⚖️ Kiểm tra bảo toàn

✦Orbital: số orbital lai (4 với dsp², 6 với d²sp³) phải bằng số phối trí = số cặp electron nhận từ phối tử.
✦Electron d: n electron = 2·(số ô ghép đôi) + (số độc thân). Fe³⁺ 5 = 2·2 + 1 (spin thấp) hoặc 0 + 5 (spin cao).
✦Điện tích: Ni²⁺ + 4CN⁻ → [Ni(CN)₄]²⁻: +2 + 4·(−1) = −2 ✓.
✦Đồng phân: tổng cách xếp C(4,2) = 6 = 4 (cis) + 2 (trans).

✏️ Luyện tập

Làm xong mỗi nhóm bấm Kiểm tra. Câu sai có lời giải ngắn và nút quay lại phần kiến thức.

🧭

Lai hoá và hình học

1
Nhận biết
Phức [Ag(NH₃)₂]⁺ có hình học và kiểu lai hoá của Ag⁺ là
2
Nhận biết
Ion phức [Zn(NH₃)₄]²⁺ (Zn²⁺ có cấu hình 3d¹⁰) tứ diện, ion Zn²⁺ lai hoá
3
Thông hiểu Số electron ở phân lớp 3d của ion Ni²⁺ (Ni có Z = 28) là .
4
Thông hiểu
Ion phức [Ni(CN)₄]²⁻ có hình học và từ tính là
5
Vận dụng
Trong các phức bát diện sau, phức mà ion trung tâm phải dùng orbital 4d (ở ngoài) để lai hoá là

🔀

Spin cao, spin thấp

1
Thông hiểu
Số electron độc thân của ion phức [Fe(CN)₆]³⁻ (Fe³⁺ 3d⁵, CN⁻ trường mạnh) là
2
Thông hiểu
So sánh [Fe(CN)₆]³⁻ và [FeF₆]³⁻, phát biểu đúng là
3
Thông hiểu Số electron độc thân của ion phức [Co(NH₃)₆]³⁺ (Co³⁺ 3d⁶, phức spin thấp) là .
4
Vận dụng
Số electron độc thân của [Fe(H₂O)₆]²⁺ (spin cao) và [Fe(CN)₆]⁴⁻ (spin thấp) lần lượt là

🧲

Từ tính

1
Nhận biết
Một phức chất là nghịch từ khi
2
Thông hiểu Momen từ chỉ-spin của phức có 3 electron độc thân là BM (μ = √(n(n+2)), làm tròn đến hàng phần trăm).
3
Thông hiểu
Một phức Ni²⁺ có số phối trí 4, đo được μ ≈ 2,8 BM. Kết luận hợp lí là
4
Vận dụng Một phức có μ ≈ 4,9 BM. Số electron độc thân của phức là .

🔄

Đồng phân cis – trans

1
Nhận biết
Phức có thể có đồng phân hình học cis – trans là
2
Thông hiểu Ion phức bát diện [Co(NH₃)₄Cl₂]⁺ có bao nhiêu đồng phân hình học? Đáp số:
3
Thông hiểu
Phức nào sau đây KHÔNG có đồng phân hình học?
4
Vận dụng
Đo momen lưỡng cực của hai đồng phân cis và trans của [Pt(NH₃)₂Cl₂], một chất có μ = 0. Chất đó là

🔬

Thí nghiệm và số liệu

1
Thông hiểu
Lắp mô hình [Pt(NH₃)₂Cl₂] vuông phẳng, đặt 2 NH₃ vào từng cặp vị trí rồi đo momen lưỡng cực μ (đơn vị quy ước), được bảng: $NH_{3} ở vị tr ı ˊ μ (u.) 1, 2 0 1, 3 0, 85 1, 4 0, 84 2, 3 0, 86 2, 4 0, 85 3, 4 0$ Số đồng phân hình học phân biệt được là
2
Thông hiểu
Hai phức của Fe³⁺ là [Fe(CN)₆]³⁻ và [FeF₆]³⁻ (không theo thứ tự) có momen từ đo được: $Phức μ (BM) X 1, 73 Y 5, 92$ Phức có μ = 5,92 BM là
3
Vận dụng
Phân tích một phức chất của platin có khối lượng mol 300 g/mol, thu được thành phần: $Nguy e ˆ n t o ˆ ˊ % kh o ˆ ˊ i l ư ợng Pt 65, 0 Cl 23, 7 N 9, 3 H 2, 0$ Công thức của phức là (Pt = 195, Cl = 35,5, N = 14, H = 1)

🏆 Luyện theo dạng đề tốt nghiệp

Đề Hoá học có 3 phần: 18 câu 4 lựa chọn, 4 câu đúng/sai (mỗi câu 4 ý) và 6 câu trả lời ngắn (đáp số tối đa 4 ký tự, kể cả dấu − và dấu phẩy). Dưới đây là đủ 3 dạng, chỉ dùng kiến thức của bài này.

🅰️

Kiểm tra · Trắc nghiệm

1
Thông hiểu
Phức nào sau đây vừa vuông phẳng vừa nghịch từ?
2
Thông hiểu
Momen từ chỉ-spin của [FeF₆]³⁻ (Fe³⁺ 3d⁵, F⁻ trường yếu) là
3
Vận dụng
Phức bát diện [Co(NH₃)₃Cl₃] có số đồng phân hình học là

✅

Kiểm tra · Đúng / sai

1
Thông hiểu
Lắp mô hình [Pt(NH₃)₂Cl₂] vuông phẳng theo hai cách: A (hai NH₃ kề nhau) và B (hai NH₃ đối diện). Đo momen lưỡng cực mô hình: A có μ ≈ 0,85 u., B có μ = 0.

a)Cách xếp A là đồng phân cis.

b)Trong phức này Pt²⁺ (5d⁸) lai hoá dsp².

c)Nếu phức là tứ diện thì vẫn có hai đồng phân A và B.

d)Có 6 đồng phân hình học vì có 6 cách đặt 2 NH₃ vào 4 vị trí.
2
Vận dụng
Xét các ion phức [Ni(CN)₄]²⁻, [NiCl₄]²⁻, [Fe(CN)₆]³⁻, [FeF₆]³⁻ và [Fe(H₂O)₆]²⁺.

a)[Ni(CN)₄]²⁻ lai hoá dsp² và là phức nghịch từ.

b)[NiCl₄]²⁻ có 2 electron độc thân.

c)[Fe(CN)₆]³⁻ và [FeF₆]³⁻ có cùng số electron độc thân vì đều là phức bát diện của Fe³⁺.

d)[Fe(H₂O)₆]²⁺ là phức spin thấp vì H₂O là phối tử trường mạnh.

🔢

Kiểm tra · Trả lời ngắn

1
Thông hiểu Cho các ion phức: [Ni(CN)₄]²⁻, [Co(NH₃)₆]³⁺, [Zn(NH₃)₄]²⁺, [Fe(CN)₆]⁴⁻, [FeF₆]³⁻, [Ag(NH₃)₂]⁺. Có bao nhiêu ion phức nghịch từ? Đáp số:
2
Thông hiểu Momen từ chỉ-spin của [Fe(H₂O)₆]²⁺ (spin cao) là bao nhiêu BM (làm tròn đến hàng phần trăm)? Đáp số:
3
Vận dụng Ion phức tứ diện [CoCl₄]²⁻ (Co²⁺ 3d⁷, lai hoá sp³, electron d xếp Hund). Momen từ chỉ-spin của nó là bao nhiêu BM (làm tròn đến hàng phần trăm)? Đáp số:

🎯 Chuyên đề này dùng để kiểm tra thế nào?

•Chuyên đề này không có trong đề thi tốt nghiệp; dùng cho kiểm tra trên lớp và đánh giá chuyên đề.
•Câu hỏi thường gặp: suy ra lai hoá và hình học từ cấu hình ion trung tâm và loại phối tử; phân biệt phức spin cao – thấp (số electron độc thân); chọn đúng số đồng phân hình học của phức vuông phẳng, bát diện.
•Bài tính hay có: μ = √(n(n+2)) hoặc đi ngược từ μ ra n; đếm đồng phân; bẫy hay gặp là kết luận Ni²⁺ luôn tứ diện, tưởng H₂O là phối tử mạnh, hay cho tứ diện có cis – trans.

Làm đề thi thử trọn bộ

Bài tiếp theo
Vai trò và ứng dụng của phức chất