Chương 2 Liên kết trong hóa học
2.8 Tác dụng phân cực và tác dụng bị phân cực
1. Về mặt lý thuyết, tất cả các ion dù là cation hay anion đều có khả năng:
a. Kéo điện tử của các tiểu phân khác về phía mình. Tác dụng kéo điện tử như vậy được gọi là tác dụng phân cực (TDPC).
b. Bị các tiểu phân khác kéo điện tử của mình. Tác dụng bị kéo điện tử như vậy được gọi là tác dụng bị phân cực (TDBPC).
2. Tuy nhieân, do:
a. Cation đã thiếu điện tử nên rất khó nhường thêm điện tử cho anion. Hệ quả là cation có tác dụng phân cực mạnh hơn và tác dụng bị phân cực rất yếu.
b. Anion đã thừa điện tử rất khó kéo thêm điện tử của cation. Hệ quả là anion có tác dụng bị phân cực mạnh hơn và tác dụng phân cực rất yếu.
3. Vì vậy, chúng ta chỉ xem xét:
a. Tác dụng phân cực của cation b. Tác dụng bị phân cực của anion
2.8.1 Tác dụng phân cực
2.8.1.1 Tác dụng phân cực của cation
1. Cation thiếu điện tử nên có xu hướng kéo điện tử của anion về phía mình, nghĩa là có tác dụng phân cực.
2. Tác dụng phân cực của cation càng mạnh thì đám mây điện tử hóa trị của anion càng bị dịch chuyển về phía cation khiến cho liên kết có tính ion càng giảm và tính cộng hóa trị càng tăng.
3. Hệ quả là khi tác dụng phân cực của cation càng mạnh thì tính chất của liên kết biến đổi theo chieàu:
Ion → Ion–Cộng hóa trị → Cộng hóa trị phân cực
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→
Tác dụng phân cực của cation ↑
4. Tác dụng phân cực của cation càng mạnh khi cation có (1) Điện tích q+ hay số oxi hóa (SOXH) càng cao và (2) Bán kính r+ càng nhỏ. Với các cation có cùng số oxi hóa thì xét thêm yếu tố độ âm điện χ càng lớn.
Vớ duù: TDPC taờng: Na+ ô Ca2+ < Mg2+ ô Al3+ ô Si4+
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→
q+ – SOXH ↑, r+ ↓ (và χ ↑)
5. Hiệu ứng phân cực ngược: Đám mây điện tử của anion đẩy đám mây điện tử của các cation có nhiều điện tử hóa trị, như Zn2+ có cấu trúc điện tử d10, về phía ngược lại.
6. Vì vậy, hạt nhân mang điện tích dương của các cation có nhiều điện tử hóa trị tiến lại gần anion hơn nên có tác dụng phân cực lên đám mây điện tử của anion mạnh hơn.
7. Hiệu ứng phân cực ngược này còn được gọi là tác dụng phân cực thứ cấp.
8. Hệ quả là cation càng có nhiều điện tử hóa trị sẽ có tác dụng phân cực càng mạnh.
9. Cường độ tác dụng phân cực thứ cấp của các cation theo cấu trúc điện tử như sau:
TDPC taờng: d10 ằ d1–9 ằ [trụ]
Vớ duù: Trong chu kyứ 4: Zn2+ ằ Fe2+ ằ Ca2+
10. Tóm lại, tác dụng phân cực của cation càng mạnh khi:
a. q+ – SOXH ↑ c. d10 ằ d1–9 ằ [trụ]
b. r+ ↓ d. (χ ↑ khi cation có cùng SOXH)
2.8.1.2 Tác dụng phân cực của hợp phần phân cực dương
1. Có thể mở rộng khái niệm tác dụng phân cực cho các hợp phần phân cực dương của các tiểu phân có liên kết mang bản chất cộng hóa trị phân cực như NH3, SO42–,….
2. Hợp phần phân cực dương là một nguyên tử hay một nhóm nguyên tử tích điện dương như nguyên tử trong phân tử NHH+1 3, nguyên tử trung tâm trong anion SO+S6 42–,…
3. Tác dụng phân cực của hợp phần phân cực dương càng mạnh thì đôi điện tử liên kết càng bị dịch chuyển về phía hợp phần phân cực dương khiến cho liên kết có tính cộng hóa trị phân cực càng giảm và tính cộng hóa trị càng tăng.
Liên kết Cộng hóa trị phân cực → Cộng hóa trị Cộng hóa trị phân cực → Cộng hóa trị
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→
Tác dụng phân cực của hợp phần phân cực dương ↑
4. Hợp phần phân cực dương có tác dụng phân cực càng mạnh khi nó ở (1) Số oxi hóa càng cao và (2) Bán kính r+ càng nhỏ. Khi các hợp phần phân cực dương có cùng SOXH thì xét thêm yếu tồ độ âm điện χ càng lớn.
a. SOXH ↑ b. r+ ↓ c. (χ ↑ khi có cùng SOXH)
2.8.1.3 Tổng quát về tác dụng phân cực
1. Tác dụng phân cực của cation hay hợp phần phân cực dương càng mạnh thì đôi điện tử liên kết càng bị dịch chuyển về phía cation hay hợp phần phân cực dương khiến cho liên kết có tính ion càng giảm và tính cộng hóa trị càng tăng.
Ion → Ion–Cộng hóa trị → Cộng hóa trị phân cực → Cộng hóa trị
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→
Tác dụng phân cực ↑
2. Tác dụng phân cực của cation hay hợp phần phân cực dương càng mạnh khi:
a. q+ – SOXH ↑ c. d10 ằ d1–9 ằ [trụ]
b. r+ ↓ d. (χ ↑ khi có cùng SOXH)
2.8.2 Tác dụng bị phân cực
2.8.2.1 Tác dụng bị phân cực của anion
1. Anion thừa điện tử nên có tác dụng bị phân cực, nghĩa là bị cation kéo bớt điện tử.
2. Tác dụng bị phân cực của anion càng mạnh khi anion có (1) Điện tích q– hay số oxi hóa càng thấp và (2) Bán kính r– càng lớn.
a. q– – SOXH ↓ b. r– ↑
Vớ duù: r–, Å 1,84 2,16 1,95 1,81
TDBPC S2– > I– > Br– > Cl–
3. Tác dụng bị phân cực của anion càng mạnh thì đám mây điện tử hóa trị của anion càng bị dịch chuyển về phía cation nên liên kết có tính ion càng giảm và tính cộng hóa trị càng tăng.
Ion → Ion–Cộng hóa trị → Cộng hóa trị phân cực
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→
Tác dụng bị phân cực của anion ↑
2.8.2.2 Tác dụng bị phân cực của hợp phần phân cực âm
1. Có thể mở rộng khái niệm tác dụng bị phân cực cho các hợp phần phân cực âm của các tiểu phân có liên kết mang bản chất cộng hóa trị phân cực như NH3, SO42–,…..
2. Hợp phần phân cực âm là một nguyên tử hay một nhóm nguyên tử tích điện âm như nguyên tử trong phân tử NH−N3 3, ligand trong anion SOO−2 42–,…
3. Tác dụng bị phân cực của hợp phần phân cực âm càng mạnh thì đôi điện tử liên kết càng bị dịch chuyển về phía hợp phần phân cực dương khiến cho liên kết có tính cộng hóa trị phân cực càng giảm và tính cộng hóa trị càng tăng.
Cộng hóa trị phân cực → Cộng hóa trị
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→
Tác dụng bị phân cực của hợp phần phân cực âm↑
4. Hợp phần phân cực âm có tác dụng bị phân cực càng mạnh khi nó ở (1) Số oxi hóa càng thấp và (2) Bán kính r– càng lớn.
a. SOXH ↓ b. r– ↑
2.8.2.3 Tổng quát về tác dụng bị phân cực
1. Tác dụng bị phân cực của anion hay hợp phần phân cực âm càng mạnh thì đôi điện tử liên kết càng bị dịch chuyển về phía cation hay hợp phần phân cực dương khiến cho liên kết có tính ion càng giảm và tính cộng hóa trị càng tăng.
Ion → Ion–Cộng hóa trị → Cộng hóa trị phân cực → Cộng hóa trị
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→
Tác dụng bị phân cực ↑
2. Tác dụng bị phân cực của anion hay hợp phần phân cực âm càng mạnh khi:
a. q– – SOXH ↓ b. r– ↑
2.8.3 Phân biệt tác dụng phân cực của ion và độ phân cực của liên kết 1. Cần phân biệt một cách rõ ràng 2 khái niệm tác dụng phân cực và độ phân cực.
2. Hóa Vô cơ thường sử dụng khái niệm tác dụng phân cực và bị phân cực của ion để diễn tả khả năng kéo điện tử của các cation và bị kéo điện tử của các anion trong liên kết ion khiến cho liên kết ion mang một phần tính cộng hóa trị.
Liên kết ion → Liên kết ion–cộng hóa trị
3. Hóa Hữu cơ lại thường sử dụng khái niệm độ phân cực của liên kết để diễn tả khả năng của liên kết cộng hóa trị đồng cực trở nên bị phân cực một phần khiến cho liên kết cộng hóa trị mang một phần tính ion.
Liên kết cộng hóa trị → Liên kết cộng hóa trị phân cực
4. Hai khái niệm này hoàn toàn khác nhau và có phần ngược chiều nhau nên cần lưu ý để tránh các nhầm lẫn đáng tiếc.
Bảng 2.12 Phân biệt khái niệm tác dụng phân cực và độ phân cực
Khái niệm Tác dụng phân cực Độ phân cực
Đối tượng tác động Ion Liên kết
Biến đổi của liên kết Ion → Cộng hóa trị Cộng hóa trị → Ion