Chuyờn đề liờn kết cộng húa trị và liờn kết ion

10. Cấu trỳc của luận văn

2.3. Chuyờn đề phõn tử và liờn kết húa học

2.3.1. Chuyờn đề liờn kết cộng húa trị và liờn kết ion

2.3.1.1. Nội dung chuyờn đề

1. Kiến thức: HS hiểu về 2 dạng liờn kết cơ bản hỡnh thành phõn tử 2. Kĩ năng: Viết cụng thức cấu tạo, mụ tả hỡnh thành liờn kết

II. Kiến thức trọng tõm: mụ tả hỡnh thành liờn kết trong hợp chất cộng

húa trị và hợp chất ion

III. Thời lượng: 3 tiết (1 tiết lớ thuyết; 2 tiết bài tập) IV. Hệ thống lớ thuyết

IV.1. Tổng quan

Phõn tử được hỡnh thành do sự kết hợp cỏc nguyờn tử, nhờ những lực nối gọi là liờn kết húa học. Trong chương trỡnh phổ thụng chủ yếu khảo sỏt: liờn kết ion, liờn kết cộng húa trị, liờn kết cho nhận; liờn kết kim loại, liờn kết hidro.

Theo quan điểm hiện nay. Phõn tử gồm một số cú giới hạn cỏc hạt nhõn nguyờn tử và cỏc electron tương tỏc với nhau, được phõn bố một cỏch xỏc định trong khụng gian tạo thành một cấu trỳc bền vững.

Hiểu theo nghĩa rộng, khỏi niệm phõn tử bao gồm cả phõn tử trung hoà, cả những ion, ion phức và những gốc tự do.

Qui tắc bỏt tử (Octet): Thực tế cho thấy chỉ cỏc nguyờn tử khớ hiếm là

tồn tại độc lập mà khụng liờn kết với cỏc nguyờn tử khỏc, bởi chỳng cú lớp electron ngoài cựng cú cấu hỡnh ns2np6 (8 electron) bền vững, cú trạng thỏi năng lượng thấp. Trờn cơ sở này, người ta cho rằng khi tham gia liờn kết để đạt cấu trỳc bền cỏc nguyờn tử phải làm cho lớp vỏ của chỳng giống lớp vỏ của khớ hiếm gần kề. Cú hai giải phỏp đạt đến cấu trỳc này là dựng chung hoặc trao đổi cỏc electron húa trị. Những điều núi trờn là nội dung của qui tắc bỏt tử: “Khi tham gia vào liờn kết húa học cỏc nguyờn tử cú khuynh hướng dựng chung electron hoặc trao đổi để đạt đến cấu trỳc bền của khớ hiếm bờn cạnh với 8 hoặc 2 electron lớp ngoài cựng”.

- Độ dài liờn kết (d): Là khoảng cỏch giữa hai hạt nhõn của hai nguyờn

tử liờn kết trực tiếp với nhau. Độ dài liờn kết giữa hai nguyờn tử AưB cú thể tớnh gần đỳng bằng tổng bỏn kớnh của hai nguyờn tử A và B

- Gúc liờn kết: Là gúc tạo bởi hai nửa đường thẳng xuất phỏt từ một hạt

nhõn nguyờn tử và đi qua hạt nhõn của hai nguyờn tử liờn kết trực tiếp với nguyờn tử đú.

- Năng lượng liờn kết: Năng lượng liờn kết AưB là năng lượng cần cung

cấp để phỏ vỡ hoàn toàn liờn kết AưB (thường được qui về 1 mol liờn kết ư kJ/mol hoặc kcal/mol).

EHưH = 103 kcal/mol : H2  2H  H = 103 kcal/mol

Năng lượng liờn kết (năng lượng phõn li liờn kết), về trị tuyệt đối, chớnh bằng năng lượng hỡnh thành liờn kết nhưng ngược dấu. Tổng năng lượng cỏc liờn kết trong phõn tử bằng năng lượng phõn li của phõn tử đú.

IV. 3. Liờn kết ion

IV.3.1. Khỏi niệm về ion, cation, aninon, sự tạo thành liờn kết ion ư Ion là những nguyờn tử hay nhúm nguyờn tử mang điện tớch. VD: Na+, Ca2+, Al3+, NH4+, NO3ư, SO42ư…

ư cation: cỏc nguyờn tử kim loại cú bỏn kớnh nguyờn tử lớn và cú số

electron hoỏ trị ớt (thường cú từ 1 đến 3 electron) dễ mất electron hoỏ trị để trở thành ion dương hay cation.

M  Mn+ + ne

- anion: cỏc nguyờn tử phi kim cú bỏn kớnh nhỏ, điện tớch hạt nhõn lớn,

số electron hoỏ trị tương đối nhiều (thường cú từ 5 đến 7 electron hoỏ trị), cú khuynh hướng nhận thờm electron để đạt được vỏ electron bóo hồ giống khớ hiếm đứng sau, tạo ra ion õm (hay anion).

X + ne  Xnư

- Sự tạo thành liờn kết ion: Khi 2 điện tớch trỏi dấu hỳt nhau bằng lực hỳt tĩnh điện tạo ra hợp chất liờn kết ion.

VD Na + Cl Na ++ Na + Cl ư

Cl ư

ư Độ lớn của lực liờn kết ion (F) phụ thuộc vào trị số điện tớch của cation (q1) và anion (q2) và bỏn kớnh ion của chỳng lần lượt là r1 và r2. Lực liờn kết ion càng lớn thỡ liờn kết ion càng bền, năng lượng mạng lưới ion càng lớn và liờn kết ion khú bị phõn li, mạng lưới ion càng khú bị phỏ vỡ, cỏc hợp chất ion càng khú núng chảy, khú bị hoà tan trong dung mụi phõn cực hơn.

ư Tớnh chất chung của cỏc hợp chất ion: là chất rắn tinh thể ion; cú nhiệt độ núng chảy cao và khụng bay hơi khi cụ cạn dung dịch; thường dễ tan trong nước và khụng tan trong cỏc dung mụi hữu cơ kộm phõn cực; ở trong dung dịch hoặc ở trạng thỏi núng chảy hợp chất ion dẫn điện tốt.

IV.3.2. Năng lượng ion húa và độ õm điện IV.3.2.1. Năng lượng ion hoỏ.

Năng lượng ion hoỏ là năng lượng cần thiết để tỏch một electron ra khỏi nguyờn tử ở trạng thỏi cơ bản (trạng thỏi khụng kớch thớch) tạo ra cation ở trạng thỏi khớ. M + I1  M+ + 1e M+ + I2  M2+ + 1e M2+ + I3  M3+ + 1e ...... M(n ư 1)+ + In  Mn+ + 1e

Cỏc giỏ trị I1, I2, I3,…, In là năng lượng ion hoỏ thứ nhất, thứ 2, thứ 3,… và thứ n.

Như vậy, những nguyờn tử cú năng lượng ion hoỏ càng nhỏ càng dễ

biến thành ion dương. IV.3.2.2. Độ õm điện

Độ õm điện của một nguyờn tử là khả năng hỳt electron của nguyờn tử đú khi hỡnh thành liờn kết.

Độ õm điện chỉ cú ý nghĩa tương đối và thay đổi theo phương phỏp tớnh. Cú nhiều thang độ õm điện: L.C. Allen; A.L.Alfred; Mullike; Pauling

IV.3.2.3. Electron húa trị, hoỏ trị của cỏc nguyờn tố trong hợp chất ion. ư Electron húa trị là những electron ở lớp ngoài cựng cú khả năng tham gia tạo thành liờn kết.

Với cỏc nguyờn tố nhúm A thỡ electron húa trị là những electron lớp ngoài cựng; đối với cỏc nguyờn tố nhúm B (họ d) thỡ electron húa trị là những electron lớp ngoài cựng và phõn lớp sỏt ngoài cựng.

ư Hoỏ trị của một nguyờn tố trong hợp chất ion (gọi là điện hoỏ trị) bằng điện tớch của ion đú.

Vớ dụ: Trong NaCl điện hoỏ trị của Na = 1+; điện hoỏ trị của Cl = 1ư IV.4. Liờn kết cộng húa trị

IV.4.1. Khỏi niệm liờn kết cộng húa trị

ư Định nghĩa: Là liờn kết được hỡnh thành giữa 2 nguyờn tử bằng một hay nhiều cặp electron dựng chung.

ư Điều kiện hỡnh thành liờn kết cộng húa trị: Cỏc nguyờn tử giống nhau hoặc gần giống nhau, liờn kết với nhau bằng cỏch gúp chung cỏc electron húa trị. Thớ dụ Cl2, H2, N2, HCl, H2O... Cỏc cặp electron dựng chung cú thể do sự gúp chung của hai nguyờn tử tham gia liờn kết (cộng húa trị thụng thường) hoặc chỉ do một nguyờn tử bỏ ra (cộng húa trị phối trớ). Quy ước hiệu độ õm điện giữa hai nguyờn tử liờn kết < 1,7 là liờn kết cộng húa trị.

IV.4.2. Liờn kết cộng húa trị cú cực và khụng cực

+ Khi cặp electron dựng chung phõn bố đối xứng giữa hai hạt nhõn nguyờn tử tham gia liờn kết thỡ đú là liờn kết cộng húa trị khụng phõn cực.

+ Khi cặp electron dựng chung bị hỳt lệch về nguyờn tử cú độ õm điện lớn hơn thỡ đú là liờn kết cộng húa trị cú cực.

Quy ước hiệu độ õm điện giữa hai nguyờn tử liờn kết 0,4   < 1,7 là liờn kết cộng húa trị cú cực, nếu giỏ trị này nhỏ hơn 0,4 thỡ liờn kết là cộng húa trị khụng cực.

Vớ dụ: Cụng thức phõn tử Cụng thức electron Cụng thức cấu tạo H2O H :O: H H ư O ư H

SO2 :O:: S: O: O= SO

ư Vớ dụ về cụng thức cấu tạo của một số hợp chất

Oxit Trật tự liờn kết trong oxit dạng X2On là O(nư1)/2XOXO(nư1)/2)

CO CO2 SO2 SO3 N2O5 Cl2O7 O C O= C =O O= SO O O= S O O O NưOưN O O O O O ClưOưCl O O O Hiđroxit (Trật tự liờn kết trong oxit dạng HnXOm là (HO)nXOmưn)

H2CO3 H2SO4 HNO3 HClO4 HưO C =O HưO HưO O S HưO O O HưO N O O HưO –Cl O O

Muối: Xõy dựng từ cụng thức axit tương ứng, trong đú H+/axit được thay thế bởi Mn+/muối.

Na2CO3 Ca(NO3)2 2Na+ O Ca2+ O O C O N O O ư 2 2ư V. Hệ thống bài tập

1. Viết cụng thức electron (theo sơ đồ Liuyt) của cỏc phõn tử và ion sau: a) Amoniac NH3 b) Fomanđehit H2CO

c) Ion hipoclorit OClư d) Ion nitroni NO2+ ư Dựa vào quy tắc nào để viết những cụng thức đú ?

2. Mụ tả sự chuyển dịch electron từ nguyờn tử liti sang nguyờn tử flo để tạo thành hợp chất litiflorua theo ba cỏch:

a) Theo cấu hỡnh electron.

b) Theo sơ đồ obitan (cỏc ụ lượng tử) c) Theo kớ hiệu Liuyt.

.. .. ..

3. Mụ tả kiểu liờn kết trong cỏc hợp chất CaO, CaCl2, Ca(OH)2, NaClO3, Na2SO3.

4. Viết cụng thức cấu tạo của một số phõn tử sau: H2SO4, H2SO3; Al2S3; Al2O3

5. Giải thớch tại sao nitơ là khớ trơ ở điều kiện thường? Viết cụng thức electron và cụng thức cấu tạo của cỏc phõn tử và ion: NH3; HNO3; NH4Cl 6. Viết cụng thức của cỏc phõn tử và ion sau theo sơ đồ Liuyt:

a) Cl2, N2

b) H2S, SO2, SO3, H2O, CO, HCN c) NH4+, NO+

d) NO2ư, NO3ư, CO32ư, SO32ư, PO43ư, SO42ư, ClO2ư, ClO3ư, ClO4ư

7. Dựa vào độ õm điện, hóy sắp theo chiều tăng dần độ phõn cực của liờn kết giữa 2 nguyờn tử trong phõn tử: CaO; MgO; AlN; N2; NaBr; BCl3; AlCl3; CH4. Phõn tử nào cú liờn kết ion, phõn tử nào cú liờn kết cộng húa trị.

8. So sỏnh liờn kết nitơ ư nitrơ trong hiđrazin H2NNH2 và trong khớ cười N2O. ư Trong phõn tử nào liờn kết nitơ ư nitơ ngắn hơn?

ư Trong phõn tử nào liờn kết nitơ ư nitơ bền hơn? Vỡ sao ?

9. Cho cỏc hợp chất sau, chỉ ra cỏc hợp chất cú liờn kết ion, liờn kết cộng húa trị: CO2, AlCl3, MgCl2, Al2O3, HF, H2SO4, KNO3, MgSO4

10. a) So sỏnh liờn kết  và liờn kết .

b) Tại sao năng lượng liờn kết đụi C = C (614 kJ/mol) khụng lớp gấp đụi năng lượng liờn kết đơn C – C (347 kJ/mol) và tại sao năng lượng liờn kết ba C  C lại khụng lớn gấp ba ?

11. Hai nguyờn tố X, Y cú cấu hỡnh e lớp ngoài cựng lần lượt là 3s1 và 3s23p5. a) Xỏc định X, Y và cụng thức hợp chất giữa chỳng

b) Z cú cấu hỡnh e ngoài cựng là 4s1. Cho biết 1 số hợp chất giữa Y và Z. 12. Giải thớch vỡ sao trong dóy cỏc hợp chất HF, HCl, HBr, HI nhiệt độ sụi và nhiệt độ núng chảy của HF cao hơn HCl và tăng dần theo thứ tự HCl, HBr, HI. 13. So sỏnh bỏn kớnh cỏc nguyờn tử và ion sau:

a) Ca2+, Ca, K

b) Na, Na+, Fư, Mg2+, Al3+, Ne

VI. Hướng dẫn một số bài tập

2. HD: a) Li [He]2s1 + F [He]2s22p5  Li+ 1s2 + Fư [He]2s22p6

1s 2s 2p 1s 2s 2p + Li+ 1s 2s 2p F- 1s 2s 2p + b) Li + F Li + Fư c) 3. HD: CaO

Ca2+ O 2- Liờn kết ion giữa Ca2+ và O2ư CaCl2

Ca2+ Cl -

Cl - Liờn kết ion giữa Ca2+ và 2 ion Clư

Ca(OH)2 H-O -Ca2+ O-H - Liờn kết ion giữa Ca2+ và 2 ion OHư

NaClO3

O Cl O O - Na+

Liờn kết ion giữa ion Na+ và ion clorat ClO3ư

Na2SO3

O S O O -

Na+ Na+

Liờn kết ion giữa ion sunfit SO32ư và 2 ion Na+

5. Từ cấu hỡnh e của N và sự phõn bố e vào cỏc obitan ta thấy N cú 3 e độc thõn, nờn 2 nguyờn tử N liờn kết tạo thành phõn tử N2 cú liờn kết ba bền vững, năng lượng liờn kết lớn, chỉ ở nhiệt độ cao nú mới bị tỏch thành 2 nguyờn tử nitơ

7. HD: N2 ; CH4; BCl3; AlCl3; AlN; NaBr; MgO; CaO (3 phõn tử cuối cú liờn kết ion)

8. Liờn kết nitơưnitơ trong hiđrazin là liờn kết đơn, cũn liờn kết nitơưnitơ trong “khớ cười” N2O là liờn kết ba nờn liờn kết nitơưnitơ trong phõn tử hiđrazin ngắn hơn và kộm bền hơn trong liờn kết nitơưnitơ N2O.

; H N H N H H O N N 9. HD: MgCl2; Al2O3 liờn kết ion

KNO3; MgSO4: vừa cú liờn kết ion vừa cú liờn kết cộng húa trị 10. HD: do liờn kết bội cú liờn kết  cú năng lượng thấp

2.3.1.2. Phương phỏp sử dụng của chuyờn đề

Đõy là vấn đề mà học sinh đó được nghiờn cứu trong sỏch giỏo khoa trờn lớp, để trỏnh nhàm chỏn, giỏo viờn cho HS tự đọc tài liệu ở nhà, cú thể cung cấp thờm cỏc tài liệu khỏc cho học sinh tham khảo nhất là giỏo trỡnh đại học.

GV cung cấp lượng bài tập vừa phải, đơn giản để HS tự làm và củng cố lớ thuyết.

Khi giảng dạy trờn lớp, giỏo viờn chủ yếu dựng hỡnh thức vấn đỏp, để cỏc nhúm trỡnh bày sau đú cho HS gúp ý.

Ở phần này giỏo viờn cú thể sử dụng một phần bài tập để ra đề kiểm tra nhanh sau tiết học.