Monthly Archives: January 2014

ĐẠI CƯƠNG THUYẾT TRƯỜNG TINH THỂ

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long

Khó có thể giải thích được quang phổ, từ tính, cấu trúc và hoạt tính hóa học của các hợp chất kim loại bằng một mô hình lý thuyết đơn lẻ nào. Tuy nhiên, người ta thường dùng thuyết trường tinh thể để giải thích vì tính đơn giản và dễ hiểu của nó. Trong thuyết trường tinh thể (và cả thuyết MO), sự tương tác giữa ion kim loại và các phối tử là lực tĩnh điện. Ion kim loại (cation) liên kết với các phối tử tích điện hoặc không tích điện xung quanh có tính phân bố đối xứng rất cao trong không gian. Ví dụ, một hợp chất phức có số phối trí là 6 thì nghĩa là trong hợp chất đó, ion kim loại liên kết với 6 phối tử xung quanh và có hình dạng lưỡng tháp tam giác. Tương tự cho một phức chất có số phối trí là 4 thì sẽ có dạng vuông phẳng,…

Hình 3.1: Một vài hình dạng phổ biến của phức chất.

Từ đây ta có 3 đặc điểm cơ bản của thuyết trường tinh thể là:

–          Phức chất vô cơ bền là nhờ lực tương tác tĩnh điện giữa ion kim loại trung tâm với các phối tử của nó. Ở cấu hình cân bằng, phức chất được ổn định bởi sự cân bằng giữa lực hút và lực đẩy của các ion/lưỡng cực.

–          Các phối tử được xem là không có hình dạng trong phức chất mà có vai trò tạo nên một trường tĩnh điện bên ngoài, nghĩa là người ta chỉ kể tới sự quan trọng của ion kim loại trung tâm mà thôi.

–          Phức chất đa diện và mỗi phối tử tạo nên một đỉnh.

Trường tinh thể bát diện

Cột kim loại chuyển tiếp đầu tiên bắt đầu bằng nguyên tố scandium (Sc), cột thứ 2 với Ytrium (Y) và cột thứ 3 với lathanum (La). Chúng là các nguyên tố có 1 electron điền vào orbital 3d, 4d, và 5d một cách tuần tự. Các ion kim loại chuyển tiếp và cấu hình electron ở các trạng thái oxi hóa sẽ được thể hiện ở các hình dưới đây. Thuyết trường tinh thể tập trung ở sự thay đổi năng lượng của orbital d khi có sự tương tác giữa ion kim loại và các phối tử.

Hình 3.2: Ion kim loại chuyển tiếp và cấu hình electron của nó ở các trạng thái oxi hóa khác nhau.

Sự sắp xếp trong không gian của 5 orbital d được mô tả trong hình dưới đây. Cần nhớ rằng, nếu một ion kim loại không liên kết với phối tử, 5 orbital d có năng lượng như nhau.

Hình 3.3: 5 orbital d và sự phân bố của nó trong không gian.

Khi orbital d có electron, bề mặt khối cầu sẽ tích điện tích âm và vì vậy mức năng lượng của orbital d sẽ tăng lên, trở nên kém bền vững hơn so với orbital d của ion kim loại tự do. Bước tiếp theo là sự suy biến năng lượng, nghĩa là có 3 orbital sẽ chiếm mức năng lượng thấp và 2 orbital sẽ có mức năng lượng cao hơn do chịu tác dụng của hiệu ứng trường tinh thể. Tuy nhiên, phức chất bát diện với 5 orbital d bị suy biến như hình vẽ dưới đây chỉ là trường hợp giả định. Trên thực tế, khi có mặt phối tử và trường điện tích của nó thì mức độ bội của quá trình suy biến sẽ giảm đi. Sự đẩy tĩnh điện giữa các orbital d và các phối tử âm điện sẽ làm tăng năng lượng khi các orbital d nào hướng đến các phối tử và làm giảm năng lượng đối với các orbital d nào hướng giữa các phối tử.

Hình 3.4: Mô tả các tiến trình vừa mô tả ở trên. Cần nhớ là t2g để chỉ 3 orbital suy biến còn eg để chỉ 2 orbital suy biến.

Ví dụ: Xét trường hợp đơn giản nhất sau đây, khi ion trung tâm phức chất bát diện chỉ có 1 electron d ngoài lớp vỏ kín. Ở đây ta xét phức chất [Ti(H2O)6]3+, [TiF6]3-,…

Đọc toàn bộ bài viết tại đây.

TỔNG QUAN MỘT VÀI PHẢN ỨNG OXI HÓA – KHỬ TRONG HỆ THỐNG SỐNG

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long

 http://classes.midlandstech.com/carterp/Courses/bio225/chap05/05-13_KrebsCycle_1.jpg

Hình 4.1: Chu trình Krebs. Ở đây lưu ý sự hình thành NADH ở bước 1, 3, 4 và 8 (hình phải).

Một lượng lớn NADH được tạo ra từ chu trình Krebs trong ti thể như đã trình bày ở hình trên sẽ trở thành năng lượng cho quá trình sinh ATP (do ATP synthase xúc tác) và các phản ứng phosphoryl hóa oxy hóa. Vậy, cơ chế phản ứng cụ thể của quá trình quan trọng trên là gì, nó diễn ra như thế nào và các yếu tố chi phối chính tác động ra sao? Để trả lời các câu hỏi trên, ta hãy cùng tìm hiểu rõ hơn về bản chất của phản ứng oxi hóa – khử, một phản ứng vô cùng quan trọng của sinh giới.

Nguyên lý cơ bản của phản ứng oxi hóa – khử

Phản ứng oxi hóa – khử là sự chuyển electrón từ một thành phần hóa học này sang một thành phần hóa học khác. Thành phần oxi hóa và thành phần khử luôn đi chung với nhau một cách bắt buộc và chúng tạo thành 2 bán phản ứng mà khi gộp lại, chúng ta được một phản ứng hoàn chỉnh.Các tính chất cơ bản sẽ được trình bày ở đây với mục đích nền tảng để tiếp cận sâu hơn về mặt sinh học, để có thể hiểu chi tiết hơn, các bạn có thể tham khảo các quyển chuyên khảo hóa học.

http://library.thinkquest.org/10429/media/redox/equa1.gif http://academic.pgcc.edu/~kroberts/Lecture/Chapter%205/05-02_RedoxReactions_L.jpg

Hình 4.2: Trong phản ứng ở hình tển trên, Fe cho 2 electron để tạo thành Fe2+, nó là chất khử và quá trình cho electron gọi là sự oxi hóa. Cu2+ nhận 2 electron để tạo thành Cu, nó là chất oxi hóa và quá trình nhận electron gọi là sự khử. Hình dưới mô tả tính tổng quát của phản ứng.

Một vài tính chất cần lưu ý:

–          Có chất cho electron thì phải có chất nhận electron.

–          Một phản ứng oxi hóa – khử phải cân bằng cả về hiệu số phân tử và cả số electron cho nhận. Hay nói cách khác, cho bao nhiêu thì nhận bấy nhiêu, không thừa – không thiếu.

–          Phản ứng oxi hóa – khử luôn tuân thủ các nguyên lý nhiệt động học.

Một phản ứng ví dụ hay gặp trong các quá trình sinh học là phản ứng sau của NAD+/NADH, trong đó NAD+ ở dạng oxi hóa (có khả năng nhận electron) còn NADH ở dạng khử (có khả năng cho electron):

Thế nhiệt động học của phản ứng này được tính dựa vào hằng số cân bằng và sự tương quan giữa nồng độ của các phần tử phản ứng và sản phẩm tạo thành. Lưu ý rằng chúng ta không thể tính trực tiếp nồng độ của electron một cách trực tiếp, do vậy trong thực hành chúng ta tính toán các con số dựa vào thế điện cực của mỗi bán phản ứng ở điều kiện cơ thể sống (E) so với điều kiện chuẩn (Eo).Nếu pH = 7 (pH trung tính, chuẩn), chúng ta sẽ có đại lượng thế điện cực sinh học chuẩn, kí hiệu là Eo’. Phương trình liên quan giữa Eo’ và năng lượng tự do Gibbs được minh họa theo phương trình sau:

Đọc toàn bộ bài viết tại đây.