Các chuyên đề hóa học 10 Chương 3 Liên kết hóa học. Liên kết hóa học là sự kết hợp giữa các nguyên tử tạo thành phân tử hay tinh thể bền vững hơn. Khi có sựu chuyển các nguyên tử riêng rẽ thành phân tử hay tinh thể tức là có liên kết hóa học thì nguyên tử có xu hướng đạt tới cấu hình electron bền vững. Có 5 loại liên kết hóa học: Liên kết ion; Liên kết công hóa trị; Liên kết cho nhận (liên kết cộng hóa trị phối hợp hay liên kết phối trí); Liên kết kim loại; Liên kết hiđro. Chương 3 gồm các chuyên đề: Chuyên đề 1. Liên kết hóa học; Chuyên đề 2. Liên kết ion; Chuyên đề 3. Liên kết cộng hóa trị và liên kết cho nhận; Chuyên đề 4. Liên kết kim loại; Chuyên đề 5. Liên kết hiđro; Chuyên đề 6. Sự lai hóa obitan nguyên tử. Liên kết đơn, đôi, ba; Chuyên đề 7. Hiệu độ âm điện và liên kết hóa học; Chuyên đề 8. Hóa trị (Điện hóa trị) và số oxi hóa. Chúc các em học tốt
Trang 1CHƯƠNG 3 LIÊN KẾT HÓA HỌC
Nội dung:
- Chuyên đề 1 Liên kết hóa học
- Chuyên đề 2 Liên kết ion
- Chuyên đề 3 Liên kết cộng hóa trị và liên kết cho nhận
- Chuyên đề 4 Liên kết kim loại
- Chuyên đề 5 Liên kết hiđro
- Chuyên đề 6 Sự lai hóa obitan nguyên tử Liên kết đơn, đôi, ba
- Chuyên đề 7 Hiệu độ âm điện và liên kết hóa học
- Chuyên đề 8 Hóa trị (Điện hóa trị) và số oxi hóa CHUYÊN ĐỀ 1 LIÊN KẾT HÓA HỌC
LÝ THUYẾT
1 Khái niệm
- Liên kết hóa học là sự kết hợp giữa các nguyên tử tạo thành phân tử hay tinh thể bền vững hơn
- Khi có sựu chuyển các nguyên tử riêng rẽ thành phân tử hay tinh thể tức là có liên kết hóa học thì nguyên tử có xu hướng đạt tới cấu hình electron bền vững
2 Quy tắc bát tử
- Các khí hiếm hoạt động hóa học rất kém, chúng tồn tại trong tự nhiên dưới dạng nguyên tử tự do
riêng rẽ và không liên kết với nhau tạo thành phân tử Lí do: Khí hiếm có 8 electron lớp ngoài
cùng (He có 2) là cấu hình electron bền vững
- Quy tắc bát tử (8 electron): Nguyên tử của các nguyên tố có khuynh hướng liên kết với các
nguyên tử khác để đạt được cấu hình electron vững bền của các khí hiếm với 8 electron (hoặc
2 electron đối với heli) ở lớp ngoài cùng
- Quy tắc bát tử giải thích một cách định tính (tương đối) sự hình thành các loại liên kết trong phân
tử, đặc biệt là cách viết công thức cấu tạo trong các hợp chất thông thường
- Quy tắc bát tử tỏ ra không đầy đủ (hoặc không giải thích được) đối với nhiều phân tử phức tạp
3 Các loại liên kết hóa học
- Có 5 loại liên kết hóa học:
+ Liên kết ion + Liên kết công hóa trị + Liên kết cho nhận (liên kết cộng hóa trị phối hợp hay liên kết phối trí) + Liên kết kim loại
+ Liên kết hiđro + Liên kết ion là liên kết được tạo thành do lực hút tĩnh điện giữa các ion mang điện tích trái dấu
+ Liên kết cộng hóa trị là liên kết được hình thành giữa hai nguyên tử bằng một hay nhiều cặp electron chung
+ Liên kết cho nhận là một trường hợp đặc biệt của liên kết cộng hóa trị, khi mà cặp electron dùng chung chỉ do một nguyên tử đóng góp
+ Liên kết kim loại là liên kết được hình thành giữa các nguyên tử và ion kim loại trong mạng tinh thể do sự tham gia của các electron tự do
Trang 2+ Liên kết hiđro là tương tác tĩnh điện yếu giữa phân tử hiđro mang điện tích dương với phần tử mang điện tích âm
-
Trang 3CHUYÊN ĐỀ 2 LIÊN KẾT ION
I LÝ THUYẾT
1 Sự hình thành ion, cation, anion
- Sự hình thành ion: Nguyên tử trung hòa về điện Khi nguyên tử nhường hay nhận electron thì nó
trở thành phần tử mang điện (nhường electron thì mang điện dương, nhận electron thì mang điện âm) gọi là ion
- Cation: Các nguyên tử kim loại dễ nhường 1,2,3 electron ở lớp ngoài cùng để trở thành các ion
mang 1,2,3 đơn vị điện tích dương, gọi là cation
+ Phương trình khái quát sự nhường electron: M – ne→Mn+
+ Ví dụ: Na – e → Na+
+ Tên gọi của cation: Cation + tên kim loại Ví dụ: Na+ - gọi là Cation natri
+ Kết luận: Trong các phản ứng hóa học, để đạt được cấu hình bền của khí hiếm, nguyên
tử kim loại có khuynh hướng nhường electron lớp ngoài cùng cho nguyên tử các nguyên tố khác để trở thành phần tử mang điện dương gọi là ion dương hay cation
- Anion: Các nguyên tử phi kim dễ nhận thêm 1, 2, 3 electron để lớp ngoài cùng đạt đến cấu hình
bền của khí trơ tương ứng trở thành các ion mang 1, 2, 3 đơn vị điện tích âm, gọi là anion
+ Phương trình khái quát sự nhận electron: X + ne → Xn-
+ Ví dụ: F – e → F-
Cl – e → Cl-
+ Tên gọi: anion + tên gốc axit (Trừ O gọi là anion oxit) Ví dụ: F- - anion florua
+Kết luận: Trong các phản ứng hóa học, để đạt được cấu hình bền của khí hiếm, nguyên tử
phi kim có khuynh hướng nhận thêm e của nguyên tử các nguyên tố khác để trở thành phần
tử mang điện âm gọi là ion âm hay anion
- Ion đơn nguyên tử là các ion tạo nên từ một nguyên tử Ví dụ: Li+, Mg+, Cl-…
- Ion đa nguyên tử là những nhóm nguyên tử mang điện tích dương hay âm Thí dụ: cation amoni
4
NH, anion hiđroxit OH, anion sunfat SO42
2 Sự tạo thành liên kết ion
- Khái niệm liên kết ion: Liên kết ion là liên kết được hình thành bởi lực hút tĩnh điện giữa các ion
mang điện tích trái dấu
- Điều kiện để hình thành liên kết ion:
+ Liên kết ion dược hình thành giữa kim loại điển hình (Nhóm IA, IIA, IIIA) và phi kim điển hình (VIA, VIIA)
+ Có sự cho, nhận electron
+ Có hiệu độ âm điện giữa 2 nguyên tử lớn hơn 1,7
Trang 4+ Ví dụ: Xét sự hình thành liên kết ion trong phân tử natri clorua (NaCl)
Do đặc điểm cấu tạo nguyên tử và theo quy tắc bát tử, khi các nguyên tử Na (1s22s22p63s1)
và Cl (1s22s22p63s23p5)tiếp xúc với nhau sẽ có sự nhường và nhân electron để trở thành các ion Na+ (1s22s22p6) và Cl− (1s22s22p63s23p6), có cấu hình electron nguyên tử giống cấu hình electron nguyên tử của các khí hiếm Ne (1s22s22p6) và Ar (1s22s22p63s23p6) Các ion
Na+ và Cl− được tạo thành có điện tích trái dấu, hút nhau tạo nên liên kết ion trong phân tử cũng như trong tinh thể NaCl Có thể biểu diễn quá trình trên như sau:
Na++ Cl-→NaCl+ Tương tự đối với phân tử nhiều nguyên tử:
Ca2++ 2Cl-→CaCl2
- Tính chất của liên kết ion: không bão hóa và không có sự định hướng
3 Tinh thể và mạng tinh thể
- Khái niệm tinh thể: Tinh thể được cấu tạo từ những nguyên tử, hoặc ion, hoặc phân tử Các hạt
này được sắp xếp một cách đều đặn, tuần hoàn theo một trật tự nhất định trong không gian tạo thành mạng tinh thể Các tinh thể thường có hình dạng không gian xác định
Trang 5- Mạng tinh thể: Là mô hình không gian mô tả quy luật hình học về sự sắp xếp các chất điểm trong
vật tinh thể
- Ví dụ mạng tinh thể NaCl: Mạng tinh thể NaCl có cấu trúc hình lập phương Các ion Na+ và Cl−
nằm ở các nút của mạng tinh thể một cách luân phiên Trong tinh thể NaCl, cứ một ion Na+ được bao quanh bởi 6 ion Cl− Ngược lại, một ion Cl− được bao quanh bởi 6 ion Na+
- Tinh thể NaCl được tạo bởi rất nhiều ion Na+ và Cl−, không có phân tử NaCl riêng biệt Tuy vậy khi viết công thức phân tử muối natri clorua, để đơn giản người ta chỉ viết NaCl Tương tự đối với các hợp chất ion khác như: KCl,MgCl2, cũng viết như vậy
4 Tính chất chung của hợp chất ion
- Tinh thể ion rất bền vững vì lực hút tĩnh điện giữa các ion ngược dấu trong tinh thể lớn
- Các hợp chất ion đều khá rắn, khó nóng chảy, khó bay hơi
- Các hợp chất ion thường tan nhiều trong nước
- Khi nóng chảy, khi hòa tan trong nước, chúng tạo thành dung dịch dẫn điện Ở trạng thái rắn, tinh thể ion không dẫn điện
II BÀI TẬP
Bài 1 Hãy giải thích sự tạo thành liên kết trong phân tử MgO?
Bài 2 Viết cấu hình electron của Cl (Z=17) và Ca (Z=20) Cho biết vị trí của chúng trong bảng
tuần hoàn Liên kết giữa canxi và clo trong hợp chất CaCl2 thuộc loại liên kết gì? Giải thích
sự hình thành liên kết đó?
Bài 3 Hai nguyên tố M và X tạo thành hợp chất có công thức là M2X Cho biết:
- Tổng số proton trong hợp chất bằng 46
- Trong hạt nhân của M có n - p = 1, trong hạt nhân của X có n’ = p’
- Trong hợp chất M2X, Tỉ lệ khối lượng của M:X là 8:39
Trang 6a) Tìm số hạt proton trong nguyên tử M và X
b) Dựa vào bảng tuần hoàn hãy cho biết tên các nguyên tố M, X
c) Liên kết trong hợp chất M2X là liên kết gì? Tại sao? Viết sơ đồ hình thành liên kết trong hợp chất đó
Bài 4 X, Y, Z là những nguyên tố có điện tích hạt nhân lần lượt là 9, 19, 8
a) Viết cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố đó Cho biết tính chất hóa học đặc trưng của X, Y, Z
b) Dự đoán liên kết hóa học có thể có giữa các cặp X và Y, Y và Z, X và Z Viết công thức phân tử của các hợp chất tạo thành
Bài 5 Trong các hợp chất sau đây, chất nào chứa ion đa nguyên tử, kể tên các ion đa nguyên tử đó:
d) K2SO4 e) NH4Cl f) Ca(OH)2
Bài 6 Viết phương trình phản ứng và dùng sơ đồ biểu diễn sự trao đổi electron:
a) Na và F b) Ca và Cl C) Mg và O
Bài 7 Cho 5 nguyên tử 1123Na; 1224Mg; 147N; 168O; 1735Cl
a) Cho biết số p, n, e và viết cấu hình electron của chúng
b) Xác định vị trí của chúng trong bảng tuần hoàn Nếu tính chất hóa học của chúng
c) Cho biết cách tạo thành liên kết ion trong Na2O; MgO; NaCl; MgCl2; Na3N
-
Trang 7CHUYÊN ĐỀ 3 LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ LIÊN KẾT CHO NHẬN
I LÝ THUYẾT
1 Sự hình thành liên kết cộng hóa trị
a) Khái niệm và kí hiệu
- Khái niệm: Liên kết cộng hoá trị là liên kết được tạo nên giữa hai nguyên tử bằng một hay nhiều
cặp electron chung
- Kí hiệu: Mỗi cặp electron chung tạo nên một liên kết cộng hoá trị được mã hóa bằng dấu trừ hay
dấu gạch ngang (–), hoặc dấu hai chấm (:)
Ví dụ: Phân tử hiđro: H:H hoặc H–H
b) Phân loại
- Có 2 loại liên kết cộng hóa trị: liên kết cộng hóa trị không phân cực (liên kết cộng hóa trị không cực) và liên kết cộng hóa trị phân cực (liên kết cộng hóa trị có cực)
- Liên kết cộng hóa trị không phân cực: là liên kết được hình thành giữa các nguyên tử giống
nhau (hình thành đơn chất) hoặc giữa các nguyên tử khác nhau (hợp chất) khi mà hiệu độ âm điện giữa 2 nguyên tử nhỏ hơn 0,4
+ Ví dụ về liên kết cộng hóa trị không phân cực của phân tử hiđro: H (Z =1), có cấu hình electron là 1s1 Công thức phân tử là H2 2 nguyên tử hiđro liên kết với nhau tạo thành phân tử bằng cách mỗi nguyên tử chia sẻ electron để tạo thành cặp electron dùng chung Khi đó mỗi nguyên tử H có 2 electron, giống cấu hình electron bền vững của khí hiếm heli theo quy tắc bát tử
+ Ví dụ về liên kết cộng hóa trị không phân cực của phân tử Nitơ: N (Z =7), có cấu hình electron là 1s22s22p3 Công thức phân tử là N2 2 nguyên tử Nitơ liên kết với nhau tạo thành phân tử bằng cách mỗi nguyên tử chia sẻ 3 electron để tạo thành 3 cặp electron dùng chung Khi đó mỗi nguyên tử N có 8 electron lớp ngoài cùng, giống cấu hình electron bền vững của khí hiếm Neon theo quy tắc bát tử
N N N N ( N N )
+ Nhận xét: Phân tử H 2, N2 tạo nên từ 2 nguyên tử của cùng 1 nguyên tố nên cặp electron chung không bị lệch về phía nào Đó là liên kết cộng hóa trị không phân cực
+ Ví dụ về liên kết cộng hóa trị không phân cực của phân tử Cacbon đioxit CO2: C (Z
=6), có cấu hình electron là 1s22s22p2 O (Z=8) có cấu hình electron là 1s22s22p4 Công thức phân tử là CO2 được tạo thành bằng cách một nguyên tử C liên kết với 2 nguyên
tử O Nguyên tử O chia sẻ 2 electron độc thân lớp ngoài cùng để tham gia liên kết Còn nguyên tử C chia sẻ cả 4 electron lớp ngoài cùng Khi đó nguyên tử C và O có cấu hình bền vững của khí hiếm Neon theo quy tắc bát tử Trong phân tử CO2 liên kết giữa nguyên tử oxi và cacbon là phân cực, nhưng phân tử CO2 cấu tạo thẳng nên hai liên kết đôi phân cực (C = O) triệt tiêu nhau, kết quả là phân tử này không bị phân cực
Trang 8- Liên kết cộng hóa trị phân cực: là liên kết được hình thành giữa các nguyên tử khác nhau (hình
thành hợp chất) khi mà hiệu độ âm điện giữa 2 nguyên tử lớn hơn 0,4 và nhỏ hơn 0,7 Liên kết cộng hóa trị phân cực thường là liên kết giữa phi kim với phi kim, hoặc phi kím với khí hiđro
+ Ví dụ về liên kết cộng hóa trị phân cực của phân tử hiđro clorua: HCl Trong đó H (Z =1), có cấu hình electron là 1s1, Cl (Z=17) có cấu hình electron là 1s22s22p63s23p5 Công thức phân tử là HCl được tạo thành bằng cách nguyên tử hiđro và nguyên tử Clo
cùng chia sẻ 1 electron để tạo thành cặp electron dùng chung Khi đó nguyên tử H có 2 electron, giống cấu hình electron bền vững của khí hiếm heli, còn nguyên tử Cl có cấu hình bền vững của khí hiếm argon theo quy tắc bát tử Trong phân tử HCl cặp electron chung bị lệch về phía một nguyên tử Cl (có độ âm điện lớn hơn) gọi là liên kết cộng hoá trị có cực hay liên kết cộng hoá trị phân cực
H Cl H Cl H Cl : ( )
2 Tính chất của các chất có liên kết cộng hóa trị
- Các chất mà phân tử chỉ có liên kết cộng hoá trị có thể là chất rắn như đường lưu huỳnh, iot
Có thể là chất lỏng như: nước, ancol hoặc chất khí như khí cacbonic, clo, hiđro,
- Các chất có cực như etanol (rượu etylic), đường, tan nhiều trong dung môi có cực như nước
- Phần lớn các chất không cực như lưu huỳnh, iot, các chất hữu cơ không cực tan trong dung môi không cực như benzen, cacbon tetraclorua
- Các chất chỉ có liên kết cộng hoá trị không cực không dẫn điện ở mọi trạng thái
- Kí hiệu: Liên kết cho – nhận biển diễn bằng mũi tên “ → ”, gốc mũi tên là nguyên tử cho, đầu
mũi tên là nguyên tử nhận
- Điều kiện hình thành liên kết cho – nhận: Nguyên tử cho phải có cặp electron chưa tham gia
liên kết, nguyện tử nhận phải có obitan trống (hoặc dồn hai electron độc thân lại để tạo ra obitan trống)
Bài 3: Biết rằng tính phi kim giảm dần theo thứ tự C, N, S, O, Cl, F Hãy cho biết cộng hóa trị các
nguyên tố trong các hợp chất và xem xét phân tử nào có liên kết phân cực mạnh nhất: HCl,
NH3, CH4, HF, H2O , H2S
Trang 9
-CHUYÊN ĐỀ 4 LIÊN KẾT KIM LOẠI
- Khái niệm: Liên kết kim loại là liên kết được hình thành giữa các nguyên tử và ion kim loại trong
mạng tinh thể do sự tham gia của các electron tự do
b) Bản chất của liên kết kim loại
Bản chất của liên kết kim loại chính là liên kết được hình thành bời lực hút tĩnh điện giữa ion và electron
c) So sánh liên kết kim loại và liên kết ion
- Giống nhau: Đều được tạo thành do lực hút tĩnh điện giữa các phần tử mang điện tích
trái dấu
- Khác nhau:
+ Liên kết ion: lực hút tĩnh điện giữa ion dương và ion âm
+ Liên kết kim loại: lực hút tĩnh điện giữa ion dương và electron
2 Mạng tinh thể kim loại
a) Một số kiểu mạng tinh thể kim loại
- Mô hình mạng tinh thể lập phương thể tâm (hay lập phương chính tâm): Các nguyên tử nằm
ở các đỉnh và ở giữa các khối của hình lập phương (Fe, Cr, W, Mo…)
- Mô hình mạng tinh thể lập phương diện tân (hay lập phương tâm mặt): Các nguyên tử nằm ở
các đỉnh và giữa tâm của các mặt (Cu, Ni, Al, Pb…)
Trang 10- Mô hình mạng tinh thể lục giác xếp chặt: 12 nguyên tử nằm ở các đỉnh, 2 nguyên tử nằm ở giữa
2 mặt đáy của hình lăng trụ lục giác, 3 nguyên tử nằm ở trung tâm ba khối lăng trụ tam giác cách nhau (He, Be, Mg, Zn…)
- Kiểu cấu trúc mạng tinh thể phổ biến của một số kim loại trong bảng tuần hoàn
- Người ta dùng độ đặc khít ρ là phần trăm thể tích mà các nguyên tử chiếm trong tinh thể để đặc trưng cho từng kiểu cấu trúc Với kiểu cấu trúc lập phương tâm khối, ρ=68%; Kiểu cấu trúc lục phương tâm diện, ρ=74%; Kiểu cấu trúc lập phương, ρ=74% Phần trăm cón lại trong tinh thể là không gian trống
b) Tính chất mạng tinh thể kim loại
- Vì trong tinh thể kim loại có những electron tự do, di chuyển được trong mạng nên tinh thể kim loại có những tính chất cơ bản sau: Có ánh kim, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt và có tính dẻo
Trang 11Bài 2 Biết khối lượng một nguyên tử sắt 93,6736*10-24 gam có 26p, tỉ khối là 7,9 Biết các nguyên
tử sắt trong tinh thể chỉ chiếm 74% thể tích
a) Tính tỉ số khối lượng của các electron trong nguyên tử so với khối lượng của toàn nguyên
tử Từ đó có thể coi khối lượng nguyên tử thực tế bằng khối lượng hạt nhân được không? b) Xác định bán kinh nguyên tử gần đúng của sắt
Bài 3 Nguyên tử của nguyên tố X có nguyên tử khối là 65u Bán kính nguyên tử là 1,38Ao Hạt
nhân có bán kính là 2*10-5 Ao Coi nguyên tử và hạt nhân đều có dạng hình cầu
Tính khối lượng riêng của nguyên tử và hạt nhân?
Trang 12Bài 4 Giữa bán kính của hạt nhân và số khối của nguyên tử nguyên tố X có tỉ lệ là
13 1/31,5*10 *
R A Tính khối lượng riêng của X
Bài 5 Biết bán kính của nguyên tử Ca là 1,97*10-8 cm Nguyên tử khối của Ca là 40u
Tính khối lượng riêng của Ca
Bài 6 Trong tinh thể các nguyên tử Zn chiếm 74 % tinh thể, phần còn lại là các khe rỗng Thể tích
1mol tinh thể Zn là 8,382 cm3 Cho biết NA = 6,022*1023 nguyên tử
Tính bán kính gần đúng của nguyên tử Zn?
Bài 7 Phần rỗng trong tinh thể Cr là 32 % Khối lượng riêng của Cr là 7,19 g/cm3 Khối lượng
nguyên tử Cr là 52u
Tính bán kính nguyên tử Cr?
Bài 8 Tính khối lượng riêng của nguyên tử:
a) Zn, biết bán kinh nguyên tử rZn=1,35*10-8 cm, MZn = 65
b) Al, biết bán kinh nguyên tử rAl=1,43 oA, MZn = 65
c) Na, biết bán kinh nguyên tử rNa=0,19 nm, MZn = 23
d) Cs, biết bán kinh nguyên tử rCs=0,27 nm, MZn = 133
Biết rằng trong tinh thể các kim loại này nguyên tử Zn, Al chiếm 74% thể tích, còn Na, Cs chiếm 68% thể tích tinh thể
Bài 9 Kim loại Na có cấu trúc mạng tinh thể theo kiểu lập phương tâm khối với độ dài cạnh hình
lập phương là a=0,429 nm Tính:
a) Bán kính nguyên tử Na
b) Khối lượng riêng (g/cm3) của Na Na có thể nổi trên nước không?
-
Trang 13CHUYÊN ĐỀ 5: LIÊN KẾT HIDRO
I LÝ THUYẾT
1 Khái niệm, kí hiệu và biểu diễn liên kết hidro
- Khái niệm: Liên kết hidro là tương tác tĩnh điện yếu giữa phần tử hidro mang điện tích dương với
phần tử mang điện tích âm (thường là cặp electron tự do của nguyên tố có độ âm điện lớn như F, O,
N, Cl, S
- Kí hiệu: Người ta thường kí hiệu liên kết hidro bằng dấu ba chấm (…)
- Biểu diễn liên kết hidro được hình thành giữa các phân tử cùng loại: liên kết giữa các phân tử
2 Điều kiện để có liên kết hidro
- Điều kiện cần: Trong hợp chất phải có hidro
- Điều kiện đủ: Hidro phải liên kết trực tiếp với nguyên tố có độ âm điện lớn và trên nguyên tố có
độ âm điện lớn phải có cặp electron tự do
- Ví dụ: Cho các hợp chất H2O, NH3, CH4, HCHO, CH3COONH4 Số hợp chất có liên kết hidro?
CH4, HCHO không có liên kết hidro vì H không liên kết với các nguyên tố có độ âm điện lớn,
CH3COONH4 tuy có H liên kết với N nhưng trên N không còn cặp electron tự do, Chỉ có H2O, NH3
là có liên kết hidro
- Nhận xét: + Các axit, rượu, phenol, aminoaxit, amin bậc một, amin bậc hai, nước là các hợp chất
có liên kết hidro
+ Các hidrocacbon, andehit, dẫn xuất halogel, ete, este không tạo được liên kết hidro
3 Phân loại liên kết hidro
a) Liên kết hidro nội phân tử
- Là liên kết hidro ngay trong phân tử đó
- Điều kiện cần: Hợp chất phải chứa 2 nhóm chức trở lên
- Điều kiện đủ: Khi tạo thành liên kết hidro phải được vòng 5 hoặc 6 cạnh
- Ví dụ:
Trang 14b) Liên kết hidro ngoại phân tử
- Là liên kết hidro giữa phân tử này và phân tử kia
- Ví dụ: liên kết giữa các phân tử H2O và rượu
4 Đánh giá độ mạnh của liên kết hidro
- Vì liên kết hidro là tương tác tĩnh điện giữa phần từ hidro mang điện tích dương và phần tử mang điện tích âm Do vậy muốn xét độ mạnh yêu của liên kết hidro ta phải xét lực tương tác tĩnh điện giữa 2 phần tử mang điện trái dấu đó Nếu lực hút đó càng mạnh thì liên kết hidro càng bền và ngược lại
- Liên kết hidro càng bền khi hidro càng linh động và phần tử mang điện tích âm càng có cặp e linh động
- Ví dụ: Trong rượu etylic và nước hình thành 4 kiểu liên kết hidro:
+ Loại b là liên kết hidro giữa nước và rượu Đây là loại bền nhất do tương tác tĩnh điện ở đó lớn nhất Hidro trong nước linh động nhất, O trong rượu mang điện tích âm lớn nhất, do rượu etylic có nhóm C2H5 đẩy electron
+ Trong rượu 90o thì loại d chiếm ưu thế lớn nhất vì rượu 90o chủ yếu là rượu-rượu
- Chú ý: Liên kết hidro trong axit > trong phenol > trong rượu
5 Ảnh hưởng của liên kết hidro đến nhiệt độ sôi và tính tan trong nước
- Hợp chất có liên kết hidro thì có nhiệt độ sôi cao hơn hợp chất không có liên kết hidro tương ứng
Vì cần tiêu tón một năng lượng để thắng liên kết hidro
- Hợp chất tạo được liên kết với hidro thì dễ tan trong nước hơn Tính tan trong nước còn phụ thuộc vào gốc hidrocabon Nếu gốc càng cồng kềnh, càng lớn (mạch cacbon càng dài, càng phân nhánh nhiều) thì càng khó tan Ví dụ: các rượu từ C1 đến C3 tan vô hạn trong nước, từ C4 trở đi thì ít tan trong nước hơn
6 Nguyên tắc so sánh nhiệt độ sôi
- Nguyên tắc 1: Hai hợp chất có cùng khối lượng hoặc khối lượng xấp xỉ nhau thì hợp chất nào có liên kết hidro bền hơn sẽ có nhiệt độ sôi cao hơn
Trang 15+ Ví dụ 1: CH3COOH và C3H7OH đều có khối lượng phân tử bằng 60 Nhưng
CH3COOH có liên kết hidro bền hơn nên nhiệt độ sôi cao hơn
+ Ví dụ 2: CH3OH có M=32, có liên kết hidro; CH3CHO có M=44, không có liên kết hidro Nên nhiệt độ sôi của CH3OH cao hơn
- Nguyên tắc 2: Hai hợp chất cùng kiểu liên kết hidro, hợp chất nào có khối lượng lớn hơn sẽ
có nhiệt độ sôi cao hơn
- Nguyên tắc 3: Hai hợp chất là đồng phân của nhau thì đồng phân cis có nhiệt độ sôi cao hơn đồng phân trans
+ Giải thích: Đồng phân cis mô men lưỡng cực khác 0, đồng phân trans có mô men lưỡng cực bằng 0 hoặc bé thua mô men lưỡng cực của đồng phân cis
- Nguyên tắc 4: Hai hợp chất là đồng phân của nhau thì hợp chất nào có diện tích tiếp xúc phân tử lớn hơn thì sẽ có nhiệt độ sôi cao hơn
+ Ví dụ so sánh nhiệt độ sôi của 2 chất sau: Khối lượng bằng nhau, đều không có liên kết hidro, chất B có diện tích tiếp xúc lớn hơn nên có nhiệt độ sôi cao hơn
- Nguyên tắc 5: Hai hợp chất có khối lượng bằng nhau hoặc xấp xỉ nhau, hợp chất nào có liên kết ion sẽ có nhiệt độ sôi cao hơn
+ Ví dụ so sánh nhiệt độ sôi của 2 chất sau: CH3COONa, CH3COOH CH3COONa
có nhiệt độ sôi cao hơn do có liên kết ion giữa Na-O
- Nguyên tắc 6: Hai hợp chất hữu cơ đều không có liên kết hidro, có khối lượng xấp xỉ nhau thì hợp chất nào có tính phân cực mạnh hơn sẽ có nhiệt độ sôi cao hơn
+ Ví dụ so sánh nhiệt độ sôi của 2 chất sau: HCHO, C2H6 HCHO có nhiệt độ sôi cao hơn do nó có tính phân cực mạnh hơn
Trang 16II BÀI TẬP
Trang 20CHUYÊN ĐỀ 6 HIỆU ĐỘ ÂM ĐIỆN VÀ LIÊN KẾT HÓA HỌC
I LÝ THUYẾT
1 Độ âm điện
- Độ âm điện của một nguyên tố đặc trưng cho khả năng của nguyên tử của nguyên tố đó trong phân
tử hút electron về phía mình
- Như vậy độ âm điện của một nguyên tố càng lớn thì tính phi kim của nó càng mạnh ; ngược lại độ
âm điện của một nguyên tố càng nhỏ thì tính kim loại của nó càng mạnh
- Vì nguyên tố flo là phi kim mạnh nhất, người ta quy ước lấy độ âm điện của nó là 4 để xác định độ
âm điện tương đối của các nguyên tố khác
- Trong một chu kì, khi đi từ trái sang phải, độ âm điện của các nguyên tố tăng dần
- Trong một phân nhóm chính, theo chiều từ trên xuống dưới, độ âm điện của các nguyên tố giảm dần
2 Hiệu độ âm điện và liên kết cộng hóa trị không cực
- Trong các phân tử tạo thành bởi hai nguyên tử của cùng một nguyên tố hóa học như H2, O2,
Cl2, hiệu độ âm điện của các nguyên tử tham gia liên kết bằng 0 Đó là liên kết cộng hóa trị thuần túy
Khi các nguyên tử tham gia liên kết có hiệu độ âm điện nhỏ hơn 0,4, độ phân cực của liên kết có giá trị nhỏ đến mức trong thực tế không xác định được, liên kết vẫn được coi là liên kết cộng hóa trị không cực
- Như vậy người ta quy ước rằng: Khi hiệu độ âm điện của hai nguyên tử nắm trong khoảng từ 0 đến nhỏ hơn 0,4 thì liên kết cộng hóa trị được coi là không cực
3 Hiệu độ âm điện và liên kết cộng hóa trị có cực
- Liên kết cộng hóa trị có cực, tức là liên kết cộng hóa trị mà cặp electron chung bị lệch về phía một nguyên tử tham gia liên kết, được tạo thành giữa các nguyên tử có hiệu âm điện nằm trong khoảng
từ 0,4 đến nhỏ hơn 1,7
- Thí dụ: Liên kết H−Cl với hiệu âm điện của clo và hiđro bằng 0,96 là liên kết cộng hóa trị có cực
- Liên kết H−O trong phân tử nước với hiệu độ âm điện giữa oxi và hiđro bằng 1,24 cũng là liên kết cộng hóa trị có cực
Hiệu độ âm điện càng lớn thì độ phân cực càng mạnh
4 Hiệu độ âm điện và liên kết ion
- Khi hiệu độ âm điện giữa hai nguyên tử tham gia liên kết ≥1,7, nguyên tử có độ âm điện lớn (khả năng hút electron mạnh) đủ khả năng nhận hoàn toàn electron của nguyên tử liên kết với nó để trở thành ion âm, còn nguyên tử mất electron sẽ trở thành ion dương, tức là xảy ra sự tạo thành liên kết ion
- Thí dụ: Trong phân tử NaCl, hiệu độ âm điện của Cl và Na là 3,16−0,93=2,23, liên kết giữa Na và
Cl là liên kết ion
- Trong phân tử MgO, hiệu độ âm điện của O và Mg là 3,44−1,31=2,13, liên kết giữa O và Mg là liên kết ion
Trang 215 Hiệu độ âm điện và nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy
- Hiệu độ âm điện giữa các nguyên tử càng lớn => sự phân cực của phân tử càng lớn
- Phân tử càng phân cực thì nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi càng cao
- Phân tử càng phân cực càng tan tốt trong nước do hình thành liên kết hidro với nước Phân tử đó
có nhiệt độ sôi cao hơn
- Các hợp chất ion có nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy khá cao
- Thí dụ: +CH3NH2 là phân tử phân cực, có liên kết hidro N-H khối lượng xấp xỉ bằng với
CHF3 CHF3 là phân tử phân cực, có liên kết C-F => CH3NH2 có nhiệt độ sôi cao hơn
+ Hai phân tử PH3 và NH3 đều có liên kết hidro N-H và P-H Nhưng NH3 có hiệu
độ âm điện là 0,84 > 0,01 (hiệu độ âm điện của PH3) nên liên kết N-H phân cực mạnh hơn nên có nhiệt độ sôi cao hơn
II BÀI TẬP
Bài 1.Dựa vào độ âm điện, hãy nêu bản chất liên kết trong các phân tử và ion: HClO, KHS, HCO3- (Cho: nguyên tố: K H C S Cl O
Độ âm điện: 0,8 2,1 2,5 2,5 3, 3,5)
Bài 2 Dựa vào độ âm điện, hãy sắp xếp theo chiều tăng độ phân cực của liên kết giữa 2 nguyên tử
trong phân tử các chất sau:CaO, MgO, CH4, AlN, N2, NaBr, BCl3, AlCl3 Phân tử chất nào
có chứa liên kết ion? Liên kết cộng hoá trị không cực, có cực?
(Cho độ âm điện của O = 3,5; Cl = 3,0; Br = 2,8; Na = 0,9; Mg = 1,2; Ca = 1,0; C = 2,5;
H = 2,1; Al = 1,5; N = 3; B = 2,0)
Bài 3 Hãy giải thích vì sao độ âm điện của nitơ và clo đều bằng 3,0 nhưng ở điều kiện thường N2
có tính oxi hoá kém Cl2?
Bài 4 Dựa vào hiệu độ âm điện của các nguyên tố, hãy cho biết loại liên kết trong các chất sau
đây: AlCl3, CaCl2, CaS, Al2S3
Bài 5 X, A, Z là những nguyên tố có số điện tích hạt nhân là 9, 19, 8
a) Viết cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố đó
b) Dự đoán liên kết hóa học có thể có giữa cặp X và A; A và Z; Z và X
Bài 6 Dựa vào giá trị độ âm điện (F: 3,98; O: 3,44; Cl: 3,16; N: 3,04) hãy xem xét tính phi kim
thay đổi như thế nào của các nguyên tố sau: F, O, N, Cl Dựa vào hiệu độ âm điện cho biết liên kết hóa học của các phân tử sau: N2; CH4; H2O, NH3
Trang 22Cấu hình electron nguyên tử C (ở trạng thái kích thích):
- Trong phân tử CH4 có 4 liên kết C−H tạo thành bởi 4 obitan hóa trị (mỗi obitan có một electron độc thân) của nguyên tử C (một obitan 2s và ba obitan 2p) xen phủ với 4 obitan 1s của 4 nguyên tử
H Như vậy đáng lẽ trong phân tử CH4 phải có 2 loại liên kết khác nhau là: 1 liên kết s−s và 3 liên kết p−s Tuy nhiên thực nghiệm cho biết 4 liên kết C−H trong phân tử CH4 giống hệt nhau có góc liên kết là 109o28‘
- Để giải thích trường hợp trên đây và các trường hợp tương tự, các nhà hóa học Mĩ Slây-tơ
(J.Staler) và Pau-linh đã đề ra thuyết lai hóa Theo thuyết này, khi nguyên tử C tham gia liên kết với bồn nguyên tử H tạo thành phân tử CH4 thì obitann2s đã tổ hợp "trộn lẫn" với ba obitan 2p tạo thành bốn obitan mới giống hệt nhau
- Khái niệm: Sự lai hóa obitan nguyên tử là sự tổ hợp "trộn lẫn" một số obitan trong một nguyên tử để được từng ấy obitan lai hóa giống nhau nhưng định hướng khác nhau trong không gian
- Nguyên nhân của sự lai hóa là các obitan hóa trị ở các phân lớp khác nhau có năng lượng và hình dạng khác nhau cần phải đồng nhất để tạo được liên kết bền với các nguyên tử khác
- Chú ý:
+ Điều kiện lai hóa: Các obitan tham gia lai hóa có mức năng lượng sấp xỉ nhau
+ Số obitan lai hóa thu được bằng tổng số obitan tham gia lai hóa
+ Các obitan lai hóa thu được có hình dạng, kích thước giống nhau nhưng khác nhau về hướng trong không gian