BÀI 10: LIÊN KẾT CỘNG HOÁ TRỊ

MỞ ĐẦU

Trong việc hình thành liên kết hoá học, không phải lúc nào các nguyên tử cũng cho, nhận các electron hoá trị với nhau như trong liên kết ion. Thay vào đó, chúng có thể cùng nhau sử dụng chung các electron hoá trị để cùng thoả mãn quy tắc octet. Trong trường hợp này, một loại liên kết hoá học mới được hình thành. Dó là loại liên kết gì?

Giải nhanh:

Đó là liên kết cộng hoá trị.

1. SỰ HÌNH THÀNH LIÊN KẾT CỘNG HOÁ TRỊ

Thảo luận 1: Quan sát các hình từ 10.1 đến 10.3, cho biết quy tắc octet đã được áp dụng ra sao khi các nguyên tử tham gia hình thành liên kết.

Giải nhanh:

Chúng có xu hướng góp chung electron khi tham gia tạo liên kết để đạt cấu hình khí hiếm.

Thảo luận 2: Giải thích sự hình thành liên kết trong các phân tử HCl, O₂ và N₂.

Giải nhanh:

- HCl: nguyên tử H và nguyên tử Cl góp chung 1 electron và sử dụng chung electron đó để đạt cấu hình electron bền của khí hiếm He, Ar.

- O₂: mỗi nguyên tử O góp chung 2 electron và sử dụng chung các electron đó để đạt cấu hình electron bền của khí hiếm Ne.

- N₂: mỗi nguyên tử N góp chung 3 electron và sử dụng chung các electron đó để đạt cấu hình electron bền của khí hiếm Ne.

Thảo luận 3: Thế nào là liên kết đơn, liên kết đôi và liên kết ba?

Giải nhanh:

Chúng là các liên kết cộng hoá trị lần lượt được tạo nên bởi 1, 2 và 3 cặp electron chung.

Luyện tập: Trình bày sự hình thành liên kết cộng hoá trị trong phân tử Cl₂.

Giải nhanh:

Mỗi nguyên tử Cl góp chung 1 electron tạo 1 cặp electron dùng chung và mỗi nguyên tử Cl đều đạt cấu hình electron bền của khí hiếm argon.

Thảo luận 4: Viết công thức electron, công thức Lewis và công thức cấu tạo của Cl₂, H₂O và CH₄.

Giải nhanh:

Luyện tập: Trình bày sự hình thành liên kết cộng hoá trị trong phân tử NH₃.

Giải nhanh:

Nguyên tử N góp chung 3 electron và mỗi nguyên tử H góp chung 1 electron tạo thành 3 cặp electron dùng chung.

2. LIÊN KẾT CHO – NHẬN

Thảo luận 5: Biết phân tử CO cũng có liên kết cho – nhận. Viết công thức electron và côn thức cấu tạo của CO.

Giải nhanh:

Thảo luận 6: Cho biết đặc điểm của nguyên tử “cho” và nguyên tử “nhận” trong phân tử có liên kết cho – nhận.

Giải nhanh:

Nguyên tử “cho” có electron chưa liên kết, nguyên tử “nhận” có orbital trống.

Luyện tập: Trình bày liên kết cho – nhận trong ion NH4+.

Giải nhanh:

Cho NH₃ tác dụng với ion H⁺, cặp electron chưa dùng của nguyên tử N trở thành cặp electron chung cho cả nguyên tử N và nguyên tử H tham gia liên kết. 

3. PHÂN BIỆT CÁC LOẠI LIÊN KẾT DỰA THEO ĐỘ ÂM ĐIỆN

Thảo luận 7: Vì sao liên kết cộng hoá tị trong các phân tử Cl₂, O₂, N₂ là liên kết cộng hoá trị không phân cực?

Giải nhanh:

Vì độ âm điện như nhau nên cặp electron dùng chung không lệch về phía nào cả.

Thảo luận 8: Trong các phân tử HCl, NH₃ và CO₂ cặp electron chung lệch về phía nguyên tử nào? Giải thích.

Giải nhanh:

- HCl: lệch về Cl vì độ âm điện của Cl lớn hơn.

- NH₃: lệch về N vì độ âm điện của N lớn hơn.

- CO₂: lệch về O vì độ âm điện của O lớn hơn.

Luyện tập: Nêu thêm ví dụ về phân tử có liên kết cộng hoá trị không phân cực và liên kết cộng hoá trị phân cực. Viết công thức electron của chúng để minh hoạ.

Giải nhanh:

Thảo luận 9: Liên kết cộng hoá trị trong phân tử dạng A₂ luôn là liên kết công hoá trị phân cực hay không phân cực? Giải thích.

Giải nhanh:

Là liên kết cộng hoá trị không phân cực vì hiệu độ âm điện trong phân tử bằng 0.

Thảo luận 10: Em có nhận xét gì khi cặp electron chung trong liên kết lệch hẳn về phía một nguyên tử?

Giải nhanh:

Khi đó liên kết giữa chúng là liên kết cộng hoá trị phân cực hoặc liên kết ion.

Luyện tập: Cho biết loại liên kết trong các phân tử MgCl₂, CO₂ và C₂H₄.

Giải nhanh:

- MgC₂ có hiệu độ âm điện là 1,85 nên là liên kết ion.

- CO₂ có hiệu độ âm điện là 0,89 nên là liên kết cộng hoá trị.

- C₂H₄ có hiệu độ âm điện là 0,35 nên là liên kết cộng hoá trị.

4. SỰ HÌNH THÀNH LIÊN KẾT σ, π VÀ NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT

Thảo luận 11: Quan sát các hình từ 10.5 đến 10.8, cho biết liên kết nào trong mỗi phân tử được tạo thảnh bởi sự xen phủ trục hoặc xem phủ bên của các orbital.

Giải nhanh:

- Từ 10.5 đến 10.7: liên kết σ.

- 10.8: p_z tạo liên kết σ, p_y tạo liên kết π.

Thảo luận 12: Mô tả sự hình thành liên kết σ.

Giải nhanh:

Được hình thành do sự xen phủ trục của các orbital nguyên tử. Vùng xem phủ nằm trên đường nối tâm của 2 nguyên tử tham gia.

Thảo luận 13: Mô tả sự hình thành liên kết π.

Giải nhanh:

Được hình thành do sự xen phủ trục của các orbital nguyên tử. Vùng xen phủ nằm 2 bên đường nối tâm 2 nguyên tử tham gia.

Thảo luận 14: Quan sát Hình 10.8, hãy so sánh sự hình thành liên kết σ và liên kết π.

Giải nhanh:

Xen phủ trục giữa 2 AO tạo liên kết σ, xem phủ bên giữa 2 AO tạo liên kết π.

Thảo luận 15: Theo em, thế nào là liên kết bội? Phân tử nào dưới đây có chứa liên kết bội: Cl₂, HCl, O₂ và N₂?

Giải nhanh:

- Là liên kết được hình thành giữa 2 nguyên tử tham gia liên kết bằng 2 hoặc 3 cặp electron chung.

- Là O₂ và N₂.

Thảo luận 16: Sự xen phủ có sự tham gia của orbital nào luôn là xen phủ trục?

Giải nhanh:

Của orbital s với một orbital khác.

Thảo luận 17: Số liên kết σ và liên kết π trong mỗi liên kết đơn, liên kết đôi và liên kết ba lần lượt bằng bao nhiêu?

Giải nhanh:

Liên kết đơn: 1 liên kết σ. Liên kết đôi: 1 liên kết σ và 1 liên kết π. Liên kết ba: 1 liên kết σ và 2 liên kết π.

Luyện tập: Vẽ sơ đồ xen phủ orbital giữa 2 nguyên tử carbon hình thành liên kết đôi trong phân tử ethylene (C₂H₄).

Giải nhanh:

Thảo luận 18: Căn cứ giá trị năng lượng liên kết H – H và N – N đã cho, liên kết trong phân tử nào dễ bị phá vỡ hơn?

Giải nhanh:

Liên kết H – H vì nó cần ít năng lượng phá vỡ hơn.

Thảo luận 19: Theo em, vì sao năng lượng liên kết luôn có giá trị dương?

Giải nhanh:

Vì luôn cần năng lượng để phá vỡ liên kết.

Luyện tập: Nitrogen chiếm khoảng 78% thể tích không khí nhưng chỉ hoạt động ở nhiệt độ cao. Vì sao nitrogen là một chất khí không hoạt động ở điều kiện thường?

Giải nhanh:

Do phân tử này có liên kết ba bền vững.

Vận dụng: Trong một số trường hợp đặc biệt, khí nitrogen được sử dụng để bơm lốp (vỏ) xe thay cho không khí là do khí oxygen có trong không khí có thể oxi hoá cao su theo thời gian. Khí nitrogen vì sao khắc phục được nhược điểm này?

Giải nhanh:

Do nó là chất khí gần như trơ ở điều kiện thường.

Thảo luận 20: Trình bày các bước trong quá trình lắp ráp mô hình phân tử NH₃.

Giải nhanh:

- Bước 1: Xác định hình học phân tử NH₃.

- Bước 2: Xác định số lượng các loại liên kết và số khối cầu cần lấy.

- Bước 3: Hoàn chỉnh mô hình.

Thảo luận 21: Mô hình sau biểu diễn phân tử CH₄ hay phân tử CH₃Cl?

Giải nhanh:

Phân tử CH₃Cl vì có 1 khối cầu khác với khối cầu còn lại

Luyện tập: Lắp ráp mô hình phân tử CH  CH biết toàn bộ các nguyên tử nằm trên một đường thẳng.

Giải nhanh:

BÀI TẬP

Bài 1: Trong phân tử iodine (I₂), mỗi nguyên tử iodine đã góp một electron để tạo cặp electron chung. Nhờ đó, mỗi nguyên tử iodine đã đạt cấu hình electron bền vững của khí hiếm nào dưới đây?

A. Xe.  B. Ne.  C. Ar.  D. Kr.

Giải nhanh:

Chọn đáp án A.

Bài 2: Hydrogen sulfide (H₂S) và phosphine (PH₃) đều là những chất có mùi khó ngửi và rất độc. Trình bày sự tạo thành liên kết cộng hoá trị trong phân tử các chất trên.

Giải nhanh:

- H₂S: nguyên tử S góp 2 electron, mỗi nguyên tử H góp 1 electrin để hình thành 2 cặp electron dùng chung.

- PH₃: nguyên tử P góp 3 electron, mỗi nguyên tử H góp 1 electron để hình thành 3 cặp electron dùng chung.

Bài 3: Viết công thức Lewis của các phân tử CS₂, SCl₂ và CCl₄.

Giải nhanh:

Bài 4: Trình bày sự hình thành liên kết cho – nhận trong phân tử sulfur dioxide (SO₂).

Giải nhanh:

- 1 nguyên tử O góp chung 2 electron với nguyên tử S để tạo thành 2 cặp electron dùng chung.

- Nguyên tử S sẽ cho nguyên tử O chưa tham gia liên kết 1 cặp electron để dùng chung.

Bài 5: Mô tả sự tạo thành liên kết trong phân tử chlorine bằng sự xen phủ của các AO.

Giải nhanh:

Bài 6: Sự xen phủ giữa hai orbital p trong trường hợp nào sẽ tạo thành liên kết σ? Trong trường hợp nào sẽ tạo thành liên kết π? Cho ví dụ.

Giải nhanh:

Xen phủ trục tạo liên kết σ, xen phủ bên tạo liên kết π.

Ví dụ: trong phân tử O₂, xen phủ trục giữa 2 AO p_z tạo liên kết σ, xen phủ bên giữa 2 AO p_y tạo liên kết π.

Bài 7: Cho biết số liên kết σ và liên kết π trong phân tử acetylene (C₂H₂).

Giải nhanh:

3 liên kết σ và 2 liên kết π.

Bài 8: Năng lượng liên kết của các hydrogen halide được kiệt kê trong bảng sau:

Sắp xếp theo chiều tăng dần độ bền liên kết trong các phân tử HF, HCl, HBr và HI.

Giải nhanh:

Thứ tự đúng: HI < HBr < HCl < HF.