N 3 (1,71Å) O 2 (1,40Å) F (1,36Å)
1.3.5.3. Hoá trị của các nguyên tố * Điện hoá trị:
* Điện hoá trị:
Do năng lượng ion hoá thứ hai, thứ ba ... (E2, E3 ...) của một nguyên tố ngày càng tăng, nên khả năng tạo thành cation có điện tích lớn ngày càng khó. Thực tế cho thấy, sự tạo thành cation hoá trị +1, +2 xảy ra tương đối dễ dàng, hố trị +3 đã khó khăn, hoá trị +4 rất hiếm. Cũng tương tự như vậy, sự tạo
thành anion có điện tích -1 là dễ dàng đối với các á kim mạnh, nhưng sự tạo thành anion có điện tích -2 đã là q trình thu nhiệt, các anion có điện tích -3,
đặc biệt là -4 rất ít gặp.
Vì vậy, điện hoá trị của các nguyên tố được xác định bằng điện tích của
các ion (cả cation và anion) cũng chỉ giới hạn ở những số trên.
* Cộng hoá trị:
Cộng hoá trị tối đa của một nguyên tố phụ thuộc vào số electron hoá trị và số obitan hoá trị.
* Đối với các nguyên tố thuộc chu kỳ 2:
Ở lớp ngoài cùng của các nguyên tố thuộc chu kỳ 2 chỉ có 4 obital gồm 1
obital 2s và 3 obital 2p. Giữa các mức 2s, 2p và 3s, 3p tiếp theo có hiệu số năng lượng lớn. Sự kích thích electron 2s, 2p lên các mức 3s, 3p đòi hỏi phải
cung cấp nhiều năng lượng mà sự tạo thành liên kết không bù lại được, do đó
các ngun tố chu kỳ 2 khơng thể tạo thành quá 4 liên kết cộng hoá trị trong các hợp chất cũng như đơn chất.
Cụ thể là đối với các nguyên tố: Li Be B C N O F có cộng hố trị thơng thường là 1 2 3 4 3 2 1 Cộng hố trị tối đa của chúng khơng q 4.
Ví dụ:
Cl Cl O H + Be Be Be
Cl Cl O O H N H (BeCl2)n (O3)
Chương 1 – Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học
_______________________________________________________________ H (NH4)+ Còn trường hợp của nitơ thì trong các hợp chất ứng với số oxy hoá +5
(chẳng hạn HNO3), nitơ cũng chỉ có cộng hố trị 4. O
H O N O O
* Đối với các nguyên tố thuộc các chu kỳ sau:
Hiệu số năng lượng giữa các obital ns, np ở lớp ngoài cùng và các obital tiếp theo nhỏ hơn nhiều so với trường hợp của chu kỳ 2, vì vậy những obital tiếp theo này cũng có thể được sử dụng để tạo thành liên kết. Chẳng hạn phân mức 3d xấp xỉ 4s nên có thể sử dụng hoặc obital 4s hoặc obital 3d để tạo thành liên kết.
- Những nguyên tố nào khi tạo thành liên kết chỉ sử dụng các obital s và p thì cũng như trường hợp các nguyên tố chu kỳ 2.
- Ở những nguyên tố nào khi tạo thành liên kết có sử dụng cả các obital d thì có thể tạo thành những phân tử mà ngun tử trung tâm có số electron hố trị lớn hơn 8 và số liên kết cộng hoá trị lớn hơn 4. Ví dụ: các nguyên tố thuộc chu kỳ 3 có thể tạo thành các phân tử và ion mà các nguyên tố tương tự của chúng thuộc chu kỳ 2 khơng thể có được:
SiF62- PCl5 PF6- SF6 (12) (10) (12) (12)
Số electron trong ngoặc đơn là số electron bên ngoài được phân bố chung cho cả phân tử. Các hợp chất tương ứng của các nguyên tố thuộc chu kỳ 2 là:
CF4 NCl3 NF3 OF2
* Đối với các nguyên tố chuyển tiếp:
Vì các phân mức ns, (n -1)d, np gần nhau, các electron thuộc 9 obital (1 obital s, 3 obital p, 5 obital d) có thể tham gia vào việc hình thành liên kết hoá học, nên về nguyên tắc các nguyên tố thuộc chu kỳ 3 có cộng hố trị 9 (ngay cả khi khơng dùng đến các obital f); nhưng thường có cộng hố trị khơng q 6.
Có thể là những ngun tố này có kích thước tương đối nhỏ và có sự án ngữ
khơng gian, nên khơng thể tạo thành liên kết với quá 6 nguyên tử.
Sự án ngữ khơng gian có một vai trị rất lớn trong việc hình thành một hợp chất, cho nên ở nhiều ngun tử chỉ có thể thực hiện được cộng hố trị tối đa trong trường hợp các nguyên tử bao quanh phải có kích thước đủ nhỏ. Chính vì
Trong các chu kỳ tiếp theo, ở đó kích thước của các nguyên tử trung tâm
đủ lớn thì có thể có cộng hố trị tới 7, 8. Ví dụ: có các hợp chất IF7,
[Mo(CN8)]-4, OsO4, ReOF5 ..., nhưng những trường hợp có cộng hố trị lớn
hơn 6 nói chung cũng hiếm. Người ta đã biết có cộng hố trị 9 như trường hợp của Ru trong hợp chất RuO4P(C2H5)3. Trong RuO4, Ru đã sử dụng 8 obital để tạo thành 8 liên kết cộng hoá trị với oxy, còn lại 1 obitan tự do nên có phản
ứng tiếp theo:
RuO4 + :P(C2H5)3 = RuO4P(C2H5)3
ở đây: P(C2H5)3 liên kết phối trí với nguyên tử trung tâm Ru để tạo thành hợp
chất trên: [(C2H5)3P → RuO4].