Liên kết hóa học

5Liên kết hóa học
Có một số ngoại lệ đối với quy tắc này.
Sau khi liên kết hóa học đã hình thành mà ở vỏ hóa trị của nguyên tử chỉ có 2e
như Li
+
, Be
2+
Cũng có trường hợp khi liên kết hóa học đã được hình thành, ở vỏ hóa trị của các
nguyên tử chỉ có số electron khác 8e và khác 2e. Thực tế quy tắc này chỉ áp dụng
chủ yếu cho nguyên tố chu kì II
Bây giờ ta xét các trường hợp hình thành liên kết hóa học, áp dụng được quy tắc
bát tử.
V. Electron hóa trị
Electron hóa trị hay electron ngoài cùng là những electron ở các orbital ngoài
cùng và có thể tham gia vào các liên kết của nguyên tử. Electron hóa trị các nguyên
tố nhóm chính nằm ở lớp ngoài cùng, trong nguyên tố nhóm phụ (kim loại chuyển
tiếp) electron hóa trị có tại lớp ngoài cùng và lớp d kế cận.
Các electron hóa trị có thể hay không tham gia vào liên kết của nguyên tử, phụ
thuộc vào trạng thái hóa học của nguyên tử, khi tham gia chúng được gọi là electron
liên kết. Ví dụ, clo trong HCl có 1 electron hóa trị tham gia liên kết, nhưng ở HClO
4

có 7 electron liên kết.
B. Các dạng liên kết hóa học chủ yếu
I. Liên kết ion
1. Ion, sự tạo thành ion
Ion: là nhóm nguyên tử hoặc nguyên tử mang điện tích
Ví dụ: NH
4
+
, SO
3
2-
, Na
+
, Cl
-
,
Có thể phân loại ion dựa vào điện tích (ion dương và ion âm hay cation và anion)
hoặc dựa vào số nguyên tử có trong ion (ion đơn nguyên từ và ion đa phân tử)
Ion dương:
Ví dụ: Nguyên tử Na có cấu hình e 1s
2
2s
2
2p
6
3s
1
, có nhiều hơn nguyên tử Ne
(1s
2
2s
2
2p
6
) một electron, vì vậy nó dễ dàng nhường 1 e ở lớp ngoài cùng. Khi
nguyên tử Na nhường một electron, vỏ nguyên tử chỉ còn 10 electron trong khi đó
6Liên kết hóa học
số proton trong hạt nhân vẫn là 11, như vậy là dư ra 1 điện tích dương và nguyên tử
Na không còn trung hòa về điện nữa mà đã biến thành một hạt mang điện, đó là ion
dương (Na
+
)
Sơ đồ tổng quát: M → M
n+
+ ne
Gọi tên: ion + tên kim loại tương ứng.
Ion âm
Ví dụ: nguyên tử clo có 17e và 17p (1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
5
), ít hơn nguyên tử khí hiếm gần
nó nhất là agon 1 electron (Ar: 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
), do đó nó dễ dàng nhận thêm 1 e cho
đủ 8 electron ngoài cùng ứng với cấu hình ns
2
np
6
. Khi nhạn thêm e, số e ở vỏ tăng
lên 18 trong khi số p trong nhân vẫn là 17. Như vậy là dư ra 1 điện tích âm. Nguyên
tử clo không còn trung hòa về điện nữa mà đã biến thành một hạt mang điện âm, đó
là ion âm clorua (Cl
-
)
Sơ đồ tổng quát: X + me → X
m-
Gọi tên: ion + gốc axit tương ứng
2. Sự tạo thành liên kết ion
Để có 8e ở lớp vỏ hóa trị, nguyên tử kim loại mất số e hóa trị vốn có để trở thành
cation, nguyên tử phi kim thu hay nhận thêm e để trở thành anion.
Khi hai ion tích điện trái dấu hút nhau (bằng lực hút tĩnh điện) tạo ra hợp chất
liên lết ion.
Ví dụ: xét sự tạo thành liên kết trong NaCl khi đốt Na trong Cl
2
- Sự tạo thành ion:
Na → Na
+
+ 1e
Cl + 1e → Cl
-
- Lúc này giữa Na
+
và Cl
-
có lực hút tạo thành lien kết ion Na─Cl (ứng với NaCl)
Na
+
+ Cl
-
→ Na─Cl (NaCl)
Lực hút Liên kết ion
- Sơ đồ Li-uýt (Lewis)
Na + Cl [Na]
+
[ Cl ]
-
Na Cl
- PTPU: 2Na + Cl
2
→ 2NaCl
- Ta có kết luận:
Electron chuyển từ nguyên tử kim loại sang nguyên tử phi kim tạo thành các ion
tích điện trái dấu, các ion này hút nhau tạo thành hợp chất ion
Định nghĩa: Liên kết ion là liên kết hóa học được hình thành nhờ lực hút tĩnh
7Liên kết hóa học
điện giữa các ion trái dấu
Lúc đó hiệu độ âm điện ∆X ≥ 1,7
3. Sự phân cực ion :
Định nghĩa: Sự phân cực ion là sự chuyển dịch đám mây e ngoài cùng so với
hạt nhân của một ion dưới tác dụng của điện trường của ion khác.

Hình 4.10. Sự phân cực ion
Do sự phân cực ion này mà các đám mây của cation và anion không hoàn toàn
tách rời nhau mà che phủ nhau một phần → Không có liên kết ion 100%. Trong
liên kết ion có một phần liên kết cộng hóa trị.
4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo thành liên kết ion
Có 3 yếu tố:
- Năng lượng ion hóa
- Ái lực electron
- Năng lượng của mạng lưới tinh thể
a) Năng lượng ion hóa
Nguyên tử có năng lượng ion hóa càng nhỏ càng dễ tách electron và trở
thành ion dương (cation)
Ví dụ: Năng lượng ion hóa thứ nhất của nguyên tử Na, Li, Be lần lượt là
496 kJ/mol, 500 kJ/mol, 900 kJ/mol. Theo đó thì nguyên tử Na dễ biến thành
ion dương hơn nguyên tử Li và nguyên tử Li dễ biến thành ion dương hon
nguyên tử Be
b) Ái lực electron
• Trong quá trình cho nhận electron giữa các nguyên tử còn có sự tỏa
nhiệt. Năng lượng tỏa ra đó gọi là ái lực electron.
• Định nghĩa: Ái lực electron là năng lượng tỏa ra khi một nguyên tử
kết hợp với electron để trở thanh ion âm.
• Ai lực electron của một nguyên tố càng lớn thì nguyên tố đó càng dễ
nhận electron để trờ thành on âm.
• Ví dụ: Ái lực electron của các nguyên tố Cl, Br, I lần lượt là 389
kJ/mol, 342 kJ/mol, 295 kJ/mol. Theo các số liệu trên thì clo dễ biến
thành ion âm hơn brom và brom dễ biến thành ion âm hơn iot
c) Năng lượng mạng lưới
+ -
8Liên kết hóa học
• Khi các ion được tạo thành, chúng hút nhau bằng lực hút tĩnh điện để
tạo thành hợp chất. Quá trình này tỏa ra môt lượng nhiệt lớn.
• Năng lượng tỏa ra khi các io kết hợp với nhau để tạo thành mạng lưới
tinh thể được gọi là năng lượng mạng lưới.
• Năng lượng mạng lưới càng lớn thì tinh thể tạo thành càng bền.
5. Độ bền của hợp chất ion
• Muốn xét xem các ion ngược dấu hút nhau mạnh yếu tới mức nào, người
ta đưa ra một đại lượng gọi là năng lượng phân li (kí hiệu là E
pl
) của một
cặp ion
• Định nghĩa: năng lượng phân li là năng lượng cần thiết để phá hủy tinh
thể ion tạo thành các ion tự do
|E
mạng lưới
|=|E
phân li
|
• Năng lượng phân li tỉ lệ thuận với điện tích của các ion: Điện tích của các
ion càng lớn, chúng hút nhau càng mạng nên năng lượng cần thiết để phá
hủy tinh thể ion càng lớn. Do đó năng lượng phân li càng lớn.
• Năng lượng phân li tỉ lệ nghịch với kích thước ion: Kích thước ion càng
lớn thì chúng hút nhau càng yếu.
6. Hóa trị của các nguyên tố
Hóa trị của một nguyên tố trong hợp chất ion (gọi tắt là điện hóa trị) bằng
điện tích của ion đó
Ví dụ 1: NaCl
Điện hóa trị của Na là 1+, của Cl là 1-
Ví dụ 2: BaO
Điện hóa trị của Ba là 2+, của O là 2-
II. Liên kết cộng hóa trị
I. Sự tạo thành liên kết cộng hóa trị bằng cặp electron chung
1. Đối với các đơn chất
Ví dụ 1: H
2
H + H H H H H
Góp chung e 1 cặp e chung
Nhờ sự góp chung 1 electron nên trong phân tử H
2
, mỗi nguyên tử H trở
nên có 2 electron, đạt cấu hình electron của He
Ví dụ 2: Cl
2
Cl + Cl Cl Cl Cl Cl
9Liên kết hóa học
Góp chung e 1 cặp e chung
Ví dụ 3: N
2
N N
N
N N N
+

Có 3 cặp e chung
2. Đối với hợp chất
Ví dụ 1: HCl
H
+
Cl
H ClH Cl
Mỗi nguyên tử hidro và mỗi nguyên tử clo góp 1e để tạo thành một cặp
electron chung. Trong phân tử HCl, mỗi nguyên tử đều có cấu hình electron
của khí hiếm
Ví dụ 2: CH
4
+
H
H
H
H
C
+
+
+
C
H
H
H
H
C
H
H
H
H
Định nghĩa: Liên kết cộng hóa trị là liên kết giữa hai nguyên tử bằng một
hoặc nhiều electron chung mà cặp electron chung này là do sự góp chung
của hai nguyên tử tham gia liên kết.
II. Tính chất của liên kết cộng hóa trị
1. Bậc của liên kết
Định nghĩa: Bậc của liên kết là số cặp e góp chung bởi hai nguyên tử
trong một phân tử
a. Bậc một (còn gọi là liên kết đơn)
Liên kết có bậc một khi chỉ có một liên kết giữa hai nguyên tử
Ví dụ: H─H, H─Cl,

C
H
H
H
H
b. Bậc hai
Liên kết có bậc hai khi có hai cặp electron chung giữa hai nguyên tử
Ví dụ:
C O
(CO
2
)
C C
(C
2
H
4
)
10Liên kết hóa học
c. Bậc ba (còn gọi là liên kết ba)
Liên kết có bậc ba khi có 3 cặp electron chung giữa hai nguyên tử
Ví dụ:
N N
(N
2
)
C C
(C
2
H
2
)
2. Độ dài liên kết
• Độ dài liên kết là khoảng cách giữa các hạt nhân của hai nguyên tư
liên kết với nhau
• Các yếu tố ảnh hưởng đến độ dài liên kết
- Kích thước nguyên tử: Kích thước nguyên tử càng lớn, độ dài
liên kết càng lớn
- Bậc của liên kết: Bậc của liên kết càng thấp, độ dài liên kết càng
lớn
3. Góc liên kết
Là góc tạo bởi hai nửa đường thẳng xuất phát từ hạt nhân của một
nguyên tử và đi qua hạt nhân của hai nguyên tử khác liên kết trực tiếp với
hai nguyên tử trên.
Ví dụ: Trong phân tử nước, góc liên kết HOH=104
o
28’
4. Năng lượng liên kết (Kí hiệu: E
lk
)
Định nghĩa: Năng lượng liên kết là là năng lượng tỏa ra khi tạo thành
một liên kết hóa học từ những nguyên tử cô lập, thường được tính bằng
kJ/mol liên kết
Ví dụ: Đối với quá trình tạo thành HCl từ H
2
và Cl
2
, năng lượng tỏa ra là
431 kJ/mol. Đó là năng lượng liên kết H─Cl
Năng lượng phân li, kí hiệu là D, là năng lượng cần thiết để phá vỡ một
liên kết hóa học, tách phân tử thành các nguyên tử.
Ví dụ: Đối với quá trình
H─Cl → H + Cl
Năng lượng cần cung cấp là 431 kJ/mol. Đó là năng lượng phân li liên kết
H─Cl
Như vậy năng lượng liên kết bằng năng lượng phân li nhưng trái dấu
III. Liên kết cộng hóa trị phân cực và không phân cực
1. Liên kết cộng hóa trị không phân cực
Liên kết cộng hóa trị không phân cực là liên kết cộng hóa trị mà cặp e
chung phân bố đồng đều giữa hai nguyên tử tham gia liên kết
Lúc đó hiệu độ âm điện 0 ≤ ∆X ≤ 0,4
Ví dụ: H
2
, Cl
2
, O
2
, N
2
2. Liên kết cộng hóa trị phân cực
Liên kết cộng hóa trị phân cực là liên kết cộng hóa trị mà cặp e chung
bị lệch về phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn
11Liên kết hóa học
Lúc đó hiệu độ âm điện: 0,4 ≤ ∆X ≤ 1,7
Ví dụ: Trong phân tử HCl có ∆X=0,96, vì clo có độ âm điện lớn hơn của
hidro nên cặp electron chung sẽ bị lệch về phía clo
Liên kết trong clo là liên kết có cực, một đầu là cực âm, một đầu là cực
dương.
Người ta kí hiệu: δ (đọc là đen ta)
δ+ chỉ một phần điện tích dương; δ- chỉ một phần điện tích âm
3. Liên kết cho nhận
Ví dụ 1: O
3
O
O
O
(1)
(3)(2)
O
O
O
Giữa (1) và (2) góp chung e hình thành cặp e chung, ứng với 2 liên kết
cộng hóa trị. Một trong hai nguyen tư oxi này (1 hoặc 2) đưa một cặp e
cho (3) dùng chung, ứng với sự hình thành liên kêt cho nhận (hay liên kết
phối tử), biểu diễn bằng một mũi tên.
Định nghĩa: Liên kêt cho nhận là liên kết giữa hai nguyên tử bằng một
hoặc nhiều cặp e chung này là do một nguyên tử đóng góp.
Vi dụ 2: SO
2
Hướng 1: S ở trạng thái cơ bản 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
4
3d
0
S
O
O
S
O
O
Hướng 2: S ở trạng thái kích thích (S*: 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
3
3d
1
)
S
O
O
S
O O
Giữa S và O hình thành 2 cặp e chung
IV. Liên kết cộng hóa trị và sự xen phủ obitan
Ví dụ 1: H
2
Hai nguyên tử hidro tham gia liên kết: Giữa hai hidro xuất hiện lực đẩy
giữa hai hạt nhân với nhau và giữa hai e với nhau, đồng thời còn có lực hút
giữa hạt nhân với electron.
Khi lực đẩy và lực hút cân bằng, liên kết được hình thành, cặp e chung tập
trung ở hai vùng xen phủ vì tại đó electron chịu lực hút mạnh nhất của cả hai
hạt nhân
12Liên kết hóa học
Hai electron tham gia góp chung để hình thành liên kết phải có spin đối
song
Ví dụ 2: Cl
2
V. Momen lưỡng cực
1. Không có ranh giới rõ ràng giữa liên kết cộng hóa trị và liên kết ion
Cl
2
HCl LiCl
Cl Cl
H Cl
Li─Cl
Liên kết cộng hóa trị
không phân cực (điện
cực âm và dương trùng
nhau)
Liên kết cộng hóa trị
phân cực (lưỡng cực)
Liên kết ion
Suy ra liên kết cộng hóa trị phân cực là sự chuyển tiếp giữa liên kết công
hóa trị không phân cực và liên kết ion
Tuy nhiên
• Liên kết cộng hóa trị thuần túy xuất hiện ở phân tử đơn chất
• Liên kết ion thuần túy xuất hiện ở một số tinh thể ion
Còn thông thường trong liên kết cộng hóa trị sẽ có một phần tính chất của
liên kết ion và ngược lại
2. Momem lưỡng cực (kí hiệu: µ, đơn vị: D (đọc là đờ bai/de-bye)
• µ biểu thị cho sự phân cực của liên kết và của phân tử
• Giá trị momem càng lớn, phân tử càng phân cực (µ=0, phân tử
không phân cực)
µ
phân tử
bằng tổng hình học các µ của các liên kết trong phân tử
Ví dụ 1: CO
2
µ
1
= µ
2
(nhưng ngược hướng)
→ µ phân tử CO
2
=0
Vậy phân tử CO
2
không phân cực
Ví dụ 2: H
2
O
Góc liên kết HOH=104,5
o
, độ dài
13Liên kết hóa học
liên kết giữa O và H là d
O─H
=d
Xác định khoảng cách giữa hai nguyên tử H theo d và µ
H2O
theo µ
1
và µ
2
Giải:
Khoảng cách giữa hai nguyên tử:
104,5 / 2 104,5
sin 2 sin
2 2
o o
a
a d
d
= → =
Xác định µ
H2O
2 2
H2O 1 2 1 2
2 os104,5
o
µ c
µ µ µ µ
= + −
Từ µ suy ra tính chất ion hay cộng hóa trị của liên kết
'
4,8
thucnghiem
n
d
µ
=
Trong đó d là độ dài liên kết, n’ là điện tích hiệu dụng, n’<1 và n’ cho
biết % tính chất ion của liên kết
Ví dụ 3: n’=0,3=30%, vậy liên kết có 30% tính chất ion và 70% tính chất
cộng hóa trị
Kết luận: Liên kết đó trội tính cộng hóa trị hơn
VI. Hóa trị của các nguyên tố
Hóa trị của một nguyên tố trong phân tử cộng hóa trị bằng số liên kết mà
nguyên tố có thể tạo thành với các nguyên tử khác
Ví dụ: HNO
3
H O N
O
O
Cộng hóa trị của O là 1 và 2, N là 4
III. Liên kết kim loại
1. Các tính chất của kim loại:
• Không trong suốt
• Có ánh kim
• Dẫn nhiệt, dẫn điện tốt
14Liên kết hóa học
• Dẻo …
2. Cấu tạo kim loại và liên kết kim loại
Hình 4.11. Mạng tinh thể kim loại
• Mạng tinh thể kim loại được tạo thành từ:
o Những ion dương ở nút mạng tinh thể
o Các e hóa trị tự do chuyển động hỗn loạn trong toàn bộ tinh thể
kim loại → khí e → Liên kết có tính không định chỗ rất cao (liên kết rất
nhiều tâm):

Hình 4.11. Khí electron trong kim loại
IV. Các mối liên kết yếu
I. Tương tác yếu Vanderwaals (Van đec van)
Định nghĩa: tương tác yếu van der waals là lực hút tĩnh điện giữa các
phân tử do sự phân cực tam thời trong phân tử
Phân loại
• Lực định hướng: xuất hiện trong các phân tử có cực như dẫn xuất
halogen
• Lực khuếch tán: các phân tử không cực

Xem chi tiết: Liên kết hóa học