Một phõn tử hỡnh thành được và tồn tại bền nhờ kết quả của tương tỏc giữa cỏc hạt nhõn và electron dẫn đến một năng lượng hệ cực tiểu (năng lượng này của phõn tử phải thấp hơn năng lượng của hệ ban đầu). Trong phõn tử cú sự phõn bố vị trớ tương đối giữa cỏc hạt nhõn nguyờn tử nờn cú được hỡnh dạng khụng gian của phõn tử với độ dài liờn kết và gúc xỏc định.
1) Năng lượng liờn kết
Năng lượng liờn kết giữa hai nguyờn tử A và B là năng lượng cần thiết để vừa đủ phỏ vỡ liờn kết đú hay năng lượng toả ra khi hai nguyờn tử A và B ở trạng thỏi cơ bản kết hợp với nhau. Tuy nhiờn năng lượng liờn kết là độ sõu của cực tiểu năng lượng trờn được cong thế năng
Thớ dụ: phản ứng H2 2 H cần năng lượng bằng 436 kJ.mol-1. Phõn tử H2 bền vững nờn khi cho
hai nguyờn tử H kết hợp với nhau: 2 H H2 toả ra một năng lượng bằng 436 kJ.mol-1. Như vậy
hai giỏ trị năng lượng bằng nhau về giỏ trị và ngược nhau về dấu. Quy ước rằng năng lượng liờn
kết cú dấu dương để biện luận rằng liờn kết càng bền thỡ năng lượng liờn kết càng lớn??? nờn EH- H = 436 kJ.mol-1.
Trong phõn tử cú nhiều liờn kết thỡ năng lượng liờn kết được tớnh trung bỡnh.
2) Độ dài liờn kết
Độ dài của một liờn kết trong phõn tử là khoảng cỏch trung bỡnh giữa hai hạt nhõn nguyờn tử tạo ra liờn kết đú khi phõn tử ở trạng thỏi năng lượng thấp nhất. Độ dài liờn kết thường được kớ hiệu là d.
Phương phỏp phổ vi súng hay phương phỏp nhiễu xạ electron thường được dựng để xỏc định độ dài liờn kết. Trị số độ dài liờn kết ở trong khoảng từ 0,74Å (phõn tử H2) đến 4,47Å (phần tử CS2); thụng thường trong khoảng 1,0 – 2,0Å đối với liờn kết giữa hai nguyờn tử của cỏc nguyờn tố chu kỡ 2, 3, 4.
Độ dài của một liờn kết nào đú thường gần đỳng là một hằng số trong cỏc phõn tử khỏc nhau. Chẳng hạn liờn kết đơn C-C trong hầu hết cỏc phõn tử hiđrocacbon khụng liờn hợp vào khoảng 1,53-1,54Å. Trong C6H6 (benzen) độ dài liờn kết giữa hai nguyờn tử C cạnh nhau bằng 1,40 Å. Trị số này nằm trong khoảng độ dài một liờn kết C-C là 1,54Å và độ dài một liờn kết đụi C=C là 1,34Å. Độ dài liờn kết càng nhỏ, liờn kết càng bền.
Bỏn kớnh liờn kết: Từ cỏc số liệu cú thể thấy rằng độ dài liờn kết dAB xấp xỉ bằng 1/2(dAA + dBB) với dAA, dBB là độ dài liờn kết A-A, B-B tương ứng. Chẳng hạn, coi A là Cl, B là Cl; đĩ biết dCl-Cl = 1,99A, vậy dC-Cl = 1/2(dC-C + dCl-Cl) = 1/2(1,54 + 1,99) = 1,765Å. Trị số thực nghiệm cho biết dC-Cl = 1,766Å. Do đú người ta coi 1/2dAA là bỏn kớnh liờn kết hay bỏn kớnh cộng hoỏ trị rA của nguyờn tử Å.
3) Gúc liờn kết :
Gúc liờn kết là gúc tạo bởi hai nửa đường thẳng xuất phỏt từ một hạt nhõn nguyờn tử đi qua hai hạt nhõn của hai nguyờn tử liờn kết với nguyờn tử đú.
Cỏc trường hợp điển hỡnh về gúc liờn kết theo định nghĩa trờn là: - Phõn tử thẳng, gúc liờn kết bằng 180o (2π); chẳng hạn C2H2, CO2,…
- Phõn tử cú gúc, gúc liờn kết khỏc 180o, chẳng hạn BF3 hay C2H4 cú gúc 120o, H2O cú gúc
104,5o,…
Trong một số trường hợp, người ta chỳ ý đến gúc được tạo ra từ 4 nguyờn tử hay 2 mặt phẳng, là gúc nhị diện hay gúc xoắn (hay gúc vặn). Dưới đõy là hỡnh ảnh một số phõn tử cho thấy chỳng cú kớch thước riờng.
4) Cỏc dạng liờn kết hoỏ học
Xột một cỏch đại cương, liờn kết hoỏ học cú bốn dạng: - Liờn kết cộng hoỏ trị (hay liờn kết nguyờn tử)
- Liờn kết ion (hay liờn kết điện hoỏ trị) - Liờn kết kim loại
- Liờn kết hiđro, tương tỏc Van de Van; gọi chung là tương tỏc yếu.
Thực tế khụng cú ranh giới rừ rệt giữa cỏc dạng liờn kết đú. Tuy nhiờn, để thuận lợi khi xem xột, người ta vẫn đề cập riờng từng dạng đú, hai dạng đầu thường được đề cập đến nhiều hơn.