Bài 13: Liên kết cộng hóa trị

I. SỰ HÌNH THÀNH LIÊN KẾT CỘNG HOÁ TRỊ

1. Liên kết cộng hoá trị hình thành giữa các nguyên tử giống nhau. Sự hình thành đơn chất

a. Sự hình thành phân tử hidro (H₂)

Nguyên tử H (Z = 1) có cấu hình electron là 1s¹, thiếu mất một electron để đạt được cấu hình electron bền vững của khí hiếm heli là 1s², vì vậy, mỗi nguyên tử H đã góp chung 1 electron để tạo thành cặp electron chung của trong phân tử H₂.

Sự hình thành phân tử H₂

H : H được gọi là công thức electron, thay hai chấm bằng 1 gạch, ta được H - H gọi là công thức cấu tạo.

Giữa 2 nguyên tử hidro có 1 cặp electron liên kết biểu thị bằng một dấu gạch (-), đó là liên kết đơn.

b. Sự hình thành phân tử N₂

Cấu hình electron của N (Z = 7) là 1s²2s²2p³, có 5 electron lớp ngoài cùng. Trong phân tử N₂, để đạt cấu hình electron bền vững của khí hiếm gần nhất, N còn thiếu 3 electron nữa, vì vậy mỗi nguyên tử N sẽ góp chung 3 electron để hình thành phân tử N₂.

Hai nguyên tử N liên kết với nhau bằng 3 cặp electron liên kết biểu thị bằng ba gạch (\(\equiv\)) đó là liên kết ba. Liên kết ba này bền ở nhiệt độ thường nên nitơ kém hoạt động hóa học.

Công thức cấu tạo của N₂: N​​​\(\equiv\)N.​

Kết luận:

• Liên kết được hình thành trong phân tử H₂, N₂ vừa trình bày ở trên là liên kết cộng hóa trị.
• Liên kết cộng hóa trị là liên kết được tạo nên giữa hai nguyên tử bằng một hay nhiều cặp electron chung. Mỗi cặp electron chung tạo nên một liên kết cộng hóa trị.
• N₂, H₂ được tạo nên từ hai nguyên tử của cùng một nguyên tố (có độ âm điện như nhau), nên cặp electron chung không bị lệch về phía nào. Đó là liên kết cộng hóa trị không phân cực.

2. Liên kết giữa các nguyên tử khác nhau. Sự hình thành hợp chất

a. Sự hình thành phân tử hidro clorua (HCl)

Trong phân tử HCl, mỗi nguyên tử H và Cl góp 1 electron tạo thành 1 cặp electron chung để tạo thành 1 liên kết cộng hoá trị. 

Độ âm điện của clo là 3,16 lớn hơn độ âm điện của hidro là 2,20 nên cặp electron chung bị lệch về phía clo, liên kết hóa học này bị phân cực.

Trong công thức electron của phân tử có cực, người ta đặt cặp electron chung lệch về phía kí hiệu của nguyên tử có độ âm điện lớn hơn. Ví dụ: H  :Cl.

Kết luận: Liên kết cộng hóa trị trong đó cặp electron chung bị lệch về phía một nguyên tử (có độ âm điện lớn hơn) được gọi là liên kết cộng hóa trị có cực hay liên kết cộng hóa trị phân cực.

b. Sự hình thành phân tử khí cacbonic CO₂ (có cấu tạo thẳng)

Cấu hình electron của C: 1s²2s²2p², có 4 electron ở lớp ngoài cùng.

Cấu hình electron của O: 1s²2s²2p⁴, có 6 electron ở lớp ngoài cùng.

Trong phân tử CO₂, nguyên tử C ở giữa 2 nguyên tử O và nguyên tử C góp chung với mỗi nguyên tử O hai electron, còn mỗi nguyên tử O góp chung với nguyên tử C hai electron tạo ra hai liên kết đôi.

Như vậy, mỗi nguyên tử C hay O đều có 8 electron ở lớp ngoài cùng, đạt cấu hình bền của khí hiếm. Liên kết giữa nguyên tử C và O là liên kết cộng hóa trị phân cực vì O có độ âm điện lớn hơn cacbon, nhưng phân tử CO₂ có cấu tạo thẳng nên hai liên kết đôi phân cực C=O triệt tiêu nhau, kết quả là phân tử này không bị phân cực.

3. Tính chất của các chất có liên kết cộng hoá trị

Các chất mà phân tử có liên kết cộng hóa trị có thể kể đến như:

• Chất rắn như đường, lưu huỳnh, iot...
• Chất lỏng như nước, ancol...
• Chất khí như khí cacbonic, khí clo, khí hidro...

Các chất có cực như etanol (rượu etylic), đường... tan nhiều trong dung môi có cực như nước. Phần lớn các chất không cực như lưu huỳnh, iot, các chất hữu cơ không cực tan trong dung môi không cực như benzen, cacbon tetraclorua...

Các chất chỉ có liên kết cộng hóa trị không cực thì không dẫn điện ở mọi trạng thái.

III. ĐỘ ÂM ĐIỆN VÀ LIÊN KẾT HOÁ HỌC

1. Quan hệ giữa liên kết cộng hoá trị không cực, liên kết cộng hoá trị có cực và liên kết ion

• Trong phân tử, nếu cặp electron chung ở giữa 2 nguyên tử liên kết ta có liên kết cộng hoá trị không cực.
• Nếu cặp electron chung lệch về 1 nguyên tử (có giá trị độ âm điện lớn hơn) thì đó là liên kết cộng hoá trị có cực.
• Nếu cặp electron chung lệch hẳn về 1 nguyên tử, ta sẽ có liên kết ion. Liên kết ion được coi là một trường hợp riêng của liên kết cộng hóa trị.

2. Hiệu độ âm điện và liên kết hoá học

Để xác định loại liên kết trong phân tử hợp chất, người ta có thể dựa vào hiệu độ âm điện. Người ta phân loại một cách tương đối liên kết hóa học theo quy ước kinh nghiệm dựa vào thang độ âm điện của Pau-ling như sau:

Ví dụ:

Trong NaCl hiệu độ âm điện của Cl và Na là: 3,16 – 0,93 = 2,23 > 1,7. Vậy liên kết giữa Na và Cl là liên kết ion.

Trong phân tử HCl hiệu độ âm điện của Cl và H là: 3,16 – 2,2  = 0,96. Vậy liên kết giữa H và Cl là liên kết cộng hoá trị có cực.

Trong quá trình học tập, nếu có bất kỳ thắc mắc nào, các em hãy để lại câu hỏi ở mục hỏi đáp để cùng thảo luận và trả lời nhé. Chúc các em học tốt!