Liên Kết Cộng Hóa Trị
Khái niệm, công thức Lewis, phân loại theo độ âm điện và liên kết $\sigma, \pi$
Khi hai nguyên tử phi kim tiến lại gần nhau, thay vì cho – nhận electron hoàn toàn (như liên kết ion), chúng sẽ góp chung electron để cả hai cùng đạt lớp vỏ bền vững theo quy tắc octet (hoặc 2 electron với hydrogen).
🔵 Hai cách hình thành cặp electron dùng chung
🔵 Liên kết cho – nhận trong ion $\text{NH}_4^+$
Trong phân tử $\text{NH}_3$, nguyên tử $\text{N}$ còn dư 1 cặp electron chưa liên kết. Ion $\text{H}^+$ có orbital trống. Khi $\text{NH}_3$ kết hợp với $\text{H}^+$, nguyên tử $\text{N}$ đóng góp cặp electron đó cho $\text{H}^+$ → hình thành liên kết cho – nhận, tạo ion $\text{NH}_4^+$.
Tùy theo số cặp electron dùng chung giữa hai nguyên tử, ta phân loại:
| Loại liên kết | Số cặp e dùng chung | Kí hiệu | Ví dụ |
|---|---|---|---|
| Liên kết đơn | $1$ cặp | $\text{A} - \text{B}$ | $\text{Cl}_2$, $\text{HCl}$, $\text{H}_2$ |
| Liên kết đôi | $2$ cặp | $\text{A} = \text{B}$ | $\text{O}_2$, $\text{CO}_2$ |
| Liên kết ba | $3$ cặp | $\text{A} \equiv \text{B}$ | $\text{N}_2$ |
🔵 a) Liên kết đơn — Phân tử $\text{Cl}_2$
Mỗi nguyên tử $\text{Cl}$ có 7 electron hóa trị, cần thêm 1 electron để đạt octet. Hai nguyên tử mỗi bên góp 1 electron $\to$ tạo 1 cặp electron dùng chung. Sau khi liên kết, mỗi $\text{Cl}$ đạt 8 electron lớp ngoài cùng.
🔵 Phân tử $\text{HCl}$
Nguyên tử $\text{H}$ (1 electron hóa trị) và $\text{Cl}$ (7 electron hóa trị) mỗi bên góp 1 electron. Kết quả: $\text{H}$ đạt 2 electron (giống He), $\text{Cl}$ đạt 8 electron.
🔵 b) Liên kết đôi — Phân tử $\text{O}_2$ và $\text{CO}_2$
Nguyên tử $\text{O}$ có 6 electron hóa trị, cần 2 electron. Hai nguyên tử $\text{O}$ mỗi bên góp 2 electron $\to$ 2 cặp electron dùng chung.
Trong phân tử $\text{CO}_2$: nguyên tử $\text{C}$ (4 electron hóa trị) góp tổng cộng 4 electron, mỗi nguyên tử $\text{O}$ góp 2 electron. Kết quả: mỗi liên kết $\text{C} = \text{O}$ là liên kết đôi, phân tử có hai liên kết đôi: $\text{O} = \text{C} = \text{O}$.
🔵 c) Liên kết ba — Phân tử $\text{N}_2$
Nguyên tử $\text{N}$ có 5 electron hóa trị, cần 3 electron. Mỗi nguyên tử góp 3 electron $\to$ 3 cặp electron dùng chung.
🔵 Phân biệt 3 loại công thức
🔵 a) Liên kết CHT phân cực và không phân cực
🔵 b) Phân loại bằng hiệu độ âm điện $|\Delta\chi|$
Độ âm điện ($\chi$) đặc trưng cho khả năng hút electron của nguyên tử trong liên kết. Dựa vào hiệu độ âm điện $|\Delta\chi|$ giữa hai nguyên tử, ta phân loại liên kết:
| Hiệu $|\Delta\chi|$ | Đặc điểm cặp e dùng chung | Loại liên kết |
|---|---|---|
| $0 \leq |\Delta\chi| < 0{,}4$ | Không bị hút lệch | CHT không phân cực |
| $0{,}4 \leq |\Delta\chi| < 1{,}7$ | Lệch về nguyên tử có $\chi$ lớn hơn | CHT phân cực |
| $|\Delta\chi| \geq 1{,}7$ | Electron chuyển hẳn → tạo ion | Liên kết ion |
🔵 Quy trình xác định loại liên kết
Cho $\chi(\text{H}) = 2{,}20$; $\chi(\text{Cl}) = 3{,}16$; $\chi(\text{O}) = 3{,}44$; $\chi(\text{C}) = 2{,}55$; $\chi(\text{Na}) = 0{,}93$. Phân loại liên kết trong $\text{HCl}$, $\text{CO}_2$, $\text{NaCl}$.
• $|\Delta\chi| = 0{,}40$ $\to$ thuộc CHT phân cực (vì $0{,}4 \leq |\Delta\chi|$). Đây là điểm biên, dễ nhầm.
• Nhầm $\text{CO}_2$ là phân tử phân cực vì có liên kết phân cực — sai. Phân tử có cấu trúc đối xứng (thẳng) nên các liên kết triệt tiêu.
🔵 a) Liên kết $\sigma$ (sigma) — xen phủ trục
Ba kiểu xen phủ trục tạo liên kết $\sigma$:
🔵 b) Liên kết $\pi$ (pi) — xen phủ bên
🔵 Quy tắc quan trọng
| Loại liên kết | Thành phần | Ví dụ |
|---|---|---|
| Liên kết đơn | $1\sigma$ | $\text{H}-\text{Cl}$, $\text{C}-\text{C}$ |
| Liên kết đôi | $1\sigma + 1\pi$ | $\text{O}=\text{O}$, $\text{C}=\text{C}$ |
| Liên kết ba | $1\sigma + 2\pi$ | $\text{N} \equiv \text{N}$, $\text{C} \equiv \text{C}$ |
• Đếm $\sigma$, $\pi$ trong phân tử: Viết CT cấu tạo đầy đủ → mỗi liên kết đơn = $1\sigma$; mỗi liên kết đôi = $1\sigma + 1\pi$; mỗi liên kết ba = $1\sigma + 2\pi$. Cộng tổng.
🔵 c) Năng lượng liên kết $E_b$
Đơn vị: kJ/mol.
Ví dụ: $\text{HCl}(g) \to \text{H}(g) + \text{Cl}(g)$, $E_b = 432$ kJ/mol.
🔵 Bảng năng lượng liên kết trung bình một số liên kết
| Liên kết | $E_b$ (kJ/mol) | Liên kết | $E_b$ (kJ/mol) |
|---|---|---|---|
| F–F | $159$ | C–C | $346$ |
| Cl–Cl | $243$ | C=C | $612$ |
| Br–Br | $193$ | C≡C | $835$ |
| I–I | $151$ | C–H | $418$ |
| H–F | $569$ | C=O | $732$ |
| H–Cl | $432$ | O=O | $494$ |
| H–Br | $366$ | N≡N | $945$ |
| H–I | $299$ | N–H | $386$ |
| H–H | $436$ | O–H | $459$ |
$\Sigma E_b = n_1 \cdot E_{b_1} + n_2 \cdot E_{b_2} + \ldots$
Ví dụ: $\text{H}_2\text{O}$ có 2 liên kết O–H $\to \Sigma E_b = 2 \times 459 = 918$ kJ/mol.
🔵 Tính chất chung của chất có liên kết cộng hóa trị
• Chất phân cực (ethanol, đường…) tan tốt trong nước (dung môi phân cực).
• Chất không phân cực (iodine, hydrocarbon…) ít tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ.
• Chất không phân cực tan tốt trong dung môi không phân cực (benzen, hexan…).
Đây là cơ sở để chọn dung môi tách chiết, hòa tan trong thực tế.
🔵 Tổng kết Bài 12
• Hai cách hình thành: mỗi bên góp e (thông thường) hoặc 1 bên cho cả cặp (cho – nhận).
• Phân loại theo số cặp e dùng chung: đơn (1 cặp), đôi (2 cặp), ba (3 cặp).
• Phân loại theo $|\Delta\chi|$:
– $|\Delta\chi| < 0{,}4$: CHT không phân cực
– $0{,}4 \leq |\Delta\chi| < 1{,}7$: CHT phân cực
– $|\Delta\chi| \geq 1{,}7$: liên kết ion
• Liên kết $\sigma$: xen phủ trục, bền hơn. Liên kết $\pi$: xen phủ bên, kém bền hơn.
• Quy tắc đếm: đơn = $1\sigma$; đôi = $1\sigma + 1\pi$; ba = $1\sigma + 2\pi$.
• Năng lượng liên kết $E_b$ càng lớn $\Rightarrow$ liên kết càng bền.
Cùng luyện tập về Liên kết cộng hóa trị!
23 câu · trắc nghiệm lý thuyết, bài tập và tự luận
Tuyệt vời!
ThS. Lê Thị Mai Nhi
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT
Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ