Lý thuyết trọng tâm hóa học 10 kết nối bài 12: Liên kết cộng hóa trị

I. SỰ TẠO THÀNH LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ

VD: H và Cl

H: 1s¹ => có 1 electron hóa trị nên có xu hướng nhận thêm 1 electron để có cấu hình bền.

Cl: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵ => có 5 electron hóa trị nên có xu hướng nhận thêm 1 electron để có cấu hình bền.

Khi liên kết với nhau, H và Cl mỗi nguyên tử góp 1 electron tạo cặp electron dùng chung để thỏa mãn mỗi nguyên tử có 8 electron.

=> Các nguyên tử phi kim hóa trị gần bão hòa có xu hướng nhận thêm electron. Khi 2 nguyên tử phi kim liên kết với nhau, chúng sẽ góp electron để dung chung. Các cặp electron dùng chung tạo ra liên kết cộng hóa trị giữa hai nguyên tử.

Liên kết cộng hóa trị chia ra làm 2 loại:

• Liên kết cộng hóa trị A - B
• Liên hết cho nhận A→B

1. Sự tạo thành liên kết đơn

a) Phân tử Cl₂

Cl có 7 electron hóa trị; 2 nguyên tử Cl, mỗi nguyên tử góp 1 electron tạo cặp electron dùng chung để cả 2 đạt cấu hình bền:

Biểu diễn công thức lewis bằng sơ đồ:

b) Phân tử HCl

Cl có 7 electron hóa trị; H có 1 electron hóa trị; H góp 1 electron, Cl góp 1 electron => tạo cặp electron dùng chung để cả 2 đạt cấu hình bền.

Biểu diễn công thức lewis bằng sơ đồ:

c) Phân tử hợp chất có liên kết cho nhận

Trong phân tử NH₃, lớp ngoài cùng của nguyên tử nitrogen có 5 electron, trong đó có cặp electron chưa liên kết. Ion H⁺ không có electron nào nên chỉ còn orbital trống.

Để thỏa mãn quy tắc octet, nguyên tử N đóng góp 1 cặp electron để dùng chung với ion H⁺ tạo thành phân tử NH₄⁺.

=> Liên kết cho nhận được hình thành.

2. Sự tạo liên kết đôi

Phân tử O₂: nguyên tử O có 6 electron hóa trị, hai nguyên tử O liên kết với nhau bằng cách mỗi nguyên tử góp 2 electron, tạo thành 2 cặp electron dùng chung để thỏa mãn quy tắc octet:

=> Phân tử có 2 cặp electron dùng chung (biểu diễn bằng hai gạch nối), đó là liên kết đôi.

Phân tử CO₂: Nguyên tử C có 4 electron hóa trị, nguyên tử O có 6 electron hóa trị. Hai nguyên tử O, mỗi nguyên tử góp 2 electron, nguyên tử C góp 4 electron tạo thành 4 cặp electron dùng chung để thỏa mãn quy tắc octet:

=> Phân tử có 4 cặp electron dùng chung tạo thành 2 liên kết đôi.

3. Sự tạo thành liên kết ba

Phân tử N₂: nguyên tử N có 5 electron hóa trị, hai nguyên tử N liên kết với nhau bằng cách mỗi nguyên tử góp 3 electron tạo 3 cặp electron dùng chung để thỏa mãn quy tắc octet:

=> Trong phân tử có 3 cặp electron dùng chung tạo thành liên kết ba.

• Liên kết cộng hóa trị là liên kết được hình thành giữa hai nguyên tử bằng một hay nhiều cặp electron dùng chung.
• Các cặp electron dùng chung không bị hút lệch về phía nguyên tử nào được gọi là liên kết cộng hóa trị không phân cực. (vd: Cl₂, O₂, N₂,…).
• Các cặp electron dùng chung bị hút lệch về phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn được gọi là liên kết cộng hóa trị phân cực. (vd: HCl, HBr,…).

Hoạt động lắp ráp mô hình một số phân tử

Phân tử CH₄ có 4 liên kết đơn:

Phân tử C₂H₄ có 4 liên kết đơn và 1 liên kết đôi:

Phân tử C₂H₂ có 2 liên kết đơn và 1 liên kết ba:

Phân tử C₂H₄OH có 7 liên kết đơn:

Phân tử CH₃COOH có 5 liên kết đơn và 1 liên kết đôi:

Trả lời phần a,b,c câu hỏi 1 sgk trang 58

II. ĐỘ ÂM ĐIỆN VÀ LIÊN KẾT HÓA HỌC

Sơ đồ biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu độ âm điện với loại liên kết:

• Liên kết H - C là liên kết cộng hóa trị không phân cực.
• Liên kết H - Br là liên kết cộng hóa trị phân cực.
• Liên kết H - Cl là liên kết cộng hóa trị phân cực.
• Liên kết H - F là liên kết ion.

Trả lời câu hỏi 2 sgk trang 59:

• Phân tử có liên kết cộng hóa trị không phân cực: O₂, H₂
• Phân tử có liên kết cộng hóa trị phân cực: HBr, NH₃, AlCl₃
• Phân tử có liên kết ion: MgCl₂

III. MÔ TẢ LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ BẰNG SỰ XEN PHỦ CÁC ORBITAL NGUYÊN TỬ

1. Sự xen phủ các orbital nguyên tử tạo liên kết σ (sigma)

a) Sự xen phủ s – s

Hai orbital s xen phủ vào nhau một phần. Vùng xen phủ có mật độ điện tích âm lớn, làm tăng lực hút của mỗi hạt nhân với vùng này và làm cân bằng lực đẩy giữa hai hạt nhân để hai nguyên tử liên kết với nhau.

b) Sự xen phủ s – p (xen phủ trục)

Orbital s xen phụ với orbital p theo trục liên kết, vùng xen phủ càng lớn thì liên kết càng bền.

c) Xen phủ p – p (xen phủ trục)

Orbital p xen phủ với nhau theo trục liên kết

=> Nhận xét: các trường hợp xen phủ trên đều tạo liên kết σ khá bền. Nguyên nhân là do các orbital xen phủ trục liên kết dẫn đến vùng xen phủ cực đại, mà cùng xen phủ càng lớn thì liên kết càng bền.

Liên kết cộng hóa trị đơn đều là là liên kết σ.

2. Sự xen phủ các orbital nguyên tử tạo liên kết π (pi)

Xen phủ p – p xen phủ bên

Các orbital tham gia liên kết song song với nhau và vuông góc với đường nối tâm của hai nguyên tử liên kết được gọi là xen phủ bên.

Xen phủ bên tạo liên kết π. Liên kết π kém bền hơn liên kết σ do vùng xen phủ orbital nhỏ hơn.

Liên kết đôi gồm 1 liên kết σ và 1 liên kết π - Liên kết ba gồm 1 liên kết σ và 2 liên kết π.

Trả lời câu hỏi 3 sgk trang 61:

• Liên kết σ được tạo bởi sự xen phủ theo trục của các orbital.
• Liên kết π được tạo bởi sự xen phủ bên của các orbital.

Trả lời câu hỏi 4 sgk trang 61:

Đáp án D

IV. NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ

Năng lượng liên kết (E_b: bond energy) là năng lượng cần thiết để phá vỡ một liên kết hóa học trong phân tử ở thể khí thành các nguyên tử ở thể khí.

E_b mang dấu âm là năng lượng tỏa ra khi phản ứng xảy ra theo chiều ngược lại tức là các nguyên tử ở thể khí liên kết với nhau thành phân tử ở thể khí

Ví dụ: 

HCl_(k) → H_(K)+ Cl_(k)  có E_b = +432 kJ/mol

H_(K)+ Cl_(k)  → HCl_(k) có E_b = -432 kJ/mol

HBr_(k) → H_(k) + Br_(k) có E_b = +366 kJ/mol

H_(k) + Br_(k) → HBr_(k)  có E_b = -366kJ/mol

Phiếu học tập

HI_(k) → H_(k) + I_(k) có E_b = +299 kJ/mol

Br_{2 (k)} → 2Br_(k)  có E_b = +193 kJ/mol

Năng lượng liên kết của H-I và Br-Br cho em biết năng lượng để phá vỡ 1 mol liên kết H-I và Br-Br (ở thể khí) thành các nguyên tử ở thể khí.

Năng lượng liên kết càng lớn chứng tỏ liên kết càng bền vững, phân tử càng khó phân hủy.

Liên kết của H – I bền hơn liên kết của Br – Br do E_b của H – I lớn hơn E_b của Br – Br.

Trả lời câu hỏi 5 sgk trang 62:

Năng lượng liên kết là năng lượng cần thiết để phá vỡ một liên kết hóa học trong phân tử ở thể khí.

Năng lượng liên kết của phân tử Cl₂ là + 243 kJ/mol cho biết để phá vỡ 1 mol phân tử Cl₂ ở thể khí thành các nguyên tử Cl ở thể khí theo quá trình Cl_{2 (k)} → 2Cl_(k) cần cung cấp một nhiệt lượng là 243 kJ. Suy ra quá trình 2Cl _(k) → Cl_{2 (k)} có năng lượng -243 kJ/mol là tỏa nhiệt.

Trả lời câu hỏi 6 sgk trang 62:

Đáp án C. Năng lượng liên kết đặc trưng cho độ bền của liên kết (E_b càng lớn thì liên kết càng bền và phân tử càng khó phân hủy).