Bài 10: Liên kết cộng hóa trị - Hóa Học 10 Chân trời sáng tạo

Sự hình thành liên kết cộng hóa trị - Liên kết cộng hóa trị là liên kết được hình thành giữa hai nguyên tử bằng một hay nhiều cặp electron chung. -

Hóa Học 10 Liên kết cộng hóa trị

Lý thuyết Bài 10: Liên kết cộng hóa trị - Hóa Học 10 Chân trời sáng tạo

Liên kết cộng hóa trị

I. Sự hình thành liên kết cộng hóa trị

1. Sự hình thành liên kết cộng hóa trị

- Liên kết cộng hóa trị là liên kết được hình thành giữa hai nguyên tử bằng một hay nhiều cặp electron chung.

- Liên kết cộng hóa trị được hình thành giữa các nguyên tử của cùng một nguyên tố hoặc giữa các nguyên tử của các nguyên tố không khác nhau nhiều về độ âm điện.

- Ví dụ 1: Sự hình thành liên kết cộng hóa trị trong phân tử hydrogen chloride

+ Giải thích: Nguyên tử H có 1 electron ở lớp ngoài cùng, nguyên tử Cl có 7 electron ở lớp ngoài cùng. Để đạt được cấu hình electron của khí hiếm gần nhất, mỗi nguyên tử này đều cần thêm 1 electron. Vì vậy, mỗi nguyên tử H và Cl cùng góp 1 electron để tạo nên 1 cặp electron chung cho cả 2 nguyên tử.

+ Cặp electron chung giữa 2 nguyên tử H và Cl được biểu diễn bằng 1 gạch nối “–”, đó là liên kết đơn. Do đó, liên kết trong phân tử HCl còn được biểu diễn là H – Cl.

- Ví dụ 2: Sự hình thành liên kết cộng hóa trị trong phân tử oxygen

+ Giải thích: Mỗi nguyên tử O có 6 electron ở lớp ngoài cùng. Để đạt được cấu hình electron của khí hiếm gần nhất, mỗi nguyên tử này đều cần thêm 2 electron. Vì vậy, mỗi nguyên tử O cùng góp 2 electron để tạo nên 2 cặp electron chung cho cả 2 nguyên tử.

+ Hai cặp electron chung giữa 2 nguyên tử O được biểu diễn bằng hai gạch nối “=”, đó là liên kết đôi. Do đó, liên kết trong phân tử O2 còn được biểu diễn là O = O.

- Ví dụ 3: Sự hình thành liên kết cộng hóa trị trong phân tử nitrogen.

+ Giải thích: Mỗi nguyên tử N có 5 electron ở lớp ngoài cùng. Để đạt được cấu hình electron của khí hiếm gần nhất, mỗi nguyên tử này đều cần thêm 3 electron. Vì vậy, mỗi nguyên tử N cùng góp 3 electron để tạo nên 3 cặp electron chung cho cả 2 nguyên tử.

+ Ba cặp electron chung giữa 2 nguyên tử N được biểu diễn bằng ba gạch nối “≡”, đó là liên kết ba. Do đó, liên kết trong phân tử N2 còn được biểu diễn là N ≡ N.

Chú ý: Các công thức H – Cl; O = O; N ≡ N gọi là công thức cấu tạo của HCl; O2; N2.

2. Tìm hiểu cách viết công thức Lewis

- Công thức Lewis biểu diễn sự hình thành liên kết hóa học giữa các nguyên tử trong một phân tử.

- Công thức Lewis của một phân tử được xây dựng từ công thức electron của phân tử, trong đó mỗi cặp electron chung giữa hai nguyên tử tham gia liên kết được thay bằng một gạch nối “–”.

II. Liên kết cho - nhận

- Liên kết cho nhận là một trường hợp đặc biệt của liên kết cộng hóa trị, trong đó cặp electron chung chỉ do một nguyên tử đóng góp.

- Ví dụ: Sự tạo thành liên kết cho - nhận trong ion hydronium H3O+

Giải thích:

+ Trong phân tử H2O, nguyên tử O còn hai cặp electron chưa liên kết, ion H+ có AO trống, không chứa electron. Khi cho H2O kết hợp với ion H+, nguyên tử O sử dụng một cặp electron chưa liên kết làm cặp electron chung với ion H+ tạo thành ion H3O+.

+ Trong ion H3O+, nguyên tử oxygen đóng góp cặp electron chung nên là nguyên tử cho, ion H+ không đóng góp electron, đóng vai trò nhận electron.

+ Để biễu diễn liên kết cho - nhận, một mũi tên được hướng từ nguyên tử cho sang nguyên tử nhận để phân biệt với các liên kết còn lại.

III. Phân biệt các loại liên kết dựa theo độ âm điện

1. Phân biệt liên kết cộng hóa trị phân cực và không phân cực

- Liên kết cộng hóa trị không phân cực là liên kết cộng hóa trị trong đó cặp electron chung không lệch về phía nguyên tử nào.

Ví dụ: Liên kết cộng hóa trị trong các phân tử O2, N2 là liên kết cộng hóa trị không phân cực.

- Liên kết cộng hóa trị phân cực là liên kết cộng hóa trị trong đó cặp electron chung lệch về phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn.

Ví dụ: Liên kết cộng hóa trị trong các phân tử HCl, NH3 là liên kết cộng hóa trị phân cực.

2. Phân biệt loại liên kết trong phân tử dựa trên giá trị hiệu độ âm điện

- Có thể dựa vào hiệu độ âm điện (∆χ) giữa hai nguyên tử tham gia liên kết để dự đoán loại liên kết giữa chúng.

- Ví dụ: Phân tử CH4 được cấu tạo nên tử nguyên tử C (độ âm điện 2,55) và nguyên tử H (độ âm điện 2,2).

Có hiệu độ âm điện (∆χ) = 2,55 – 2,2 = 0,35

Vậy liên kết giữa C và H trong phân tử CH4 là liên kết cộng hóa trị không phân cực.

IV. Sự hình thành liên kết 𝛔, 𝛑 và năng lượng liên kết

1. Tìm hiểu sự hình thành liên kết xích ma 𝛔 và liên kết pi 𝛑

- Liên kết σ là loại liên kết cộng hóa trị được hình thành do sự xen phủ trục của hai orbital. Vùng xen phủ nằm trên đường nối tâm hai nguyên tử.

Ví dụ:

+ Sự xen phủ trục giữa 2 AO 1s của hai nguyên tử hydrogen hình thành liên kết σ trong phân tử H2.

+ Sự xen phủ giữa AO 1s của nguyên tử H và AO 2p của nguyên tử F hình thành liên kết σ trong phân tử HF.

- Liên kết π là loại liên kết cộng hóa trị được hình thành do sự xen phủ bên của hai orbital. Vùng xen phủ nằm hai bên đường nối tâm hai nguyên tử.

Ví dụ:

Sự xen phủ các AO hình thành liên kết σ và liên kết π trong phân tử oxygen.

2. Tìm hiểu khái niệm năng lượng liên kết

- Năng lượng liên kết của một liên kết hóa học là năng lượng cần thiết để phá vỡ 1 mol liên kết đó ở thể khí, tạo thành các nguyên tử ở thể khí.

- Giá trị năng lượng của một liên kết hóa học là thước đo độ bền liên kết. Năng lượng liên kết càng lớn thì liên kết càng bền và ngược lại.

Ví dụ:

Tổng năng lượng liên kết trong phân tử CH4 là 1660 kJ/ mol.

CH4 (g) → C(g) + 4H(g) Eb = 1660 kJ/ mol

Do đó, năng lượng liên kết trung bình của một liên kết C – H là: 16604=415kJ/mol

Chú ý: Nhận biết phân tử phân cực và phân tử không phân cực:

+ Phân tử phân cực là phân tử có tổng tất cả moment lưỡng cực trong phân tử khác không. Các phân tử phân cực thường tan tốt trong nước và các dung môi phân cực khác.

+ Phân tử không phân cực là phân tử có tổng tất cả các moment lưỡng cực trong phân tử bằng không. Phân tử không phân cực thường hòa tan tốt trong các dung môi không phân cực.

Liên kết cộng hóa trị không chỉ là một khái niệm lý thuyết trong sách giáo khoa, mà còn là nền tảng cấu trúc của hầu hết các phân tử trong cơ thể và môi trường sống quanh ta. Từ nước (H₂O) giúp duy trì sự sống, khí oxi (O₂) giúp hô hấp, đến carbon dioxide (CO₂) trong quá trình quang hợp – tất cả đều là những ví dụ sinh động về sự gắn kết bằng cách chia sẻ electron.

Việc hiểu rõ và vận dụng kiến thức về liên kết cộng hóa trị không chỉ giúp học sinh: