BÀI 11: LIÊN KẾT HYDROGEN VÀ TƯƠNG TÁC VAN DER WAALS

MỞ ĐẦU

Các nhà khoa học đã nghiên cứu và kết luận rằng nếu không có liên kết hydrogen thì nước sẽ sôi wor -80 ^oC. Như vậy, trong điều kiện thường, nước sẽ tồn tại ở thể khí (hơi nước). Khi đó, trên Trái Đất sẽ chẳng có các đại dương, sông, hồ,… và cũng không bao giờ có mưa. Mọi sự sống sẽ không tồn tại. Trái Đất sẽ là một hành tinh chết nếu không có sự hiện diện của liên kết hydrogen.

Liên kết hydrogen giữa các phân tử nước được tạo thành như thế nào? Ảnh hưởng của liên kết hydrogen tới tính chất vật lí của nước ra sao?

Giải nhanh:

- Do lực hút tĩnh điện giữa nguyên tử H mang một phần điện tích dương của phân tử H₂O này với nguyên tử oxygen mang một phần điện tích âm của phân tử H₂O khác.

- Nhờ liên kết hydrogen, ở điều kiện thường, nước ở thể lỏng, có nhiệt độ sôi cao.

1. LIÊN KẾT HYDROGEN

Thảo luận 1: Giữa liên kết S – H và liên kết O – H, liên kết nào phân cực mạnh hơn? Vì sao?

Giải nhanh:

Liên kết O – H vì oxygen có độ âm điện mạnh hơn sulfur.

Thảo luận 2: Quan sát các hình 11.2 và 11.3, em hiểu thế nào là liên kết hydrogen giữa các phân tử?

Giải nhanh:

Là lực hút tĩnh điện giữa các nguyên tử H (đã liên kết với một nguyên tử mang độ âm điện lớn) ở phân tử này với một nguyên tử phi kim mang điện tích âm còn cặp electron hoá trị chưa tham gia liên kết ở phân tử khác.

Thảo luận 3: So sánh độ bền của liên kết hydrogen với liên kết cộng hoá trị và liên kết ion.

Giải nhanh:

Liên kết hydrogen yếu hơn so với 2 liên kết còn lại.

Luyện tập: Điều gì đã khiến H₂O có nhiệt độ sôi cao hơn H₂S? Giải thích.

Giải nhanh:

Vì giữa nước có liên kết hydrogen giữa các phân tử mà H₂S không có liên kết này.

Thảo luận 4: So sánh nhiệt độ sôi và khả năng hoà tan trong nước giữa NH₃ và CH₄. Giải thích.

Giải nhanh:

NH₃ tan tốt và có nhiệt độ sôi cao hơn vì nó có khả năng tạo liên kết hydrogen.

Thảo luận 5: Giải thích vì sao một phân tử nước có thể tạo được liên kết hydrogen tối đa với bốn phân tử nước khác.

Giải nhanh:

Vì mỗi một trong số các nguyên tử hydrogen và cặp electron trên oxygen đều có thể tham gia vào liên kết hydrogen.

Vận dụng: Vì sao nên tránh ướp lạnh các lon bia, nước giải khát,… trong ngăn đá của tủ lạnh?

Giải nhanh:

Vì nó làm tăng thể tích nước bên trong và có thể phát nổ.

2. TƯƠNG TÁC VAN DER WAALS

Thảo luận 6: Quan sát Hình 11.7, cho biết thế nào là một lưỡng cực tạm thời.

Giải nhanh:

Trong phân tử, các electron không ngừng chuyển động. Khi các electron di chuyển tập trung về một phía bất kì của phân tử sẽ hình thành các lưỡng cực tạm thời.

Thảo luận 7: Các lưỡng cực tạm thời và lưỡng cực cảm ứng hút nhau bằng lực hút nào?

Giải nhanh:

 Hút nhau bằng lực hút tĩnh điện.

Thảo luận 8: Giải thích xu hướng biến đổi bán kính nguyên tử, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các nguyên tố khí hiếm trong Bảng 11.1.

Giải nhanh:

- Từ He đến Rn, bán kính nguyên tử tăng dần do số electron tăng dần.

- Từ He đến Rn, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng dần do kích thước nguyên tử và số electron tăng dần, tương tác van der Waals giữa các nguyên tử tăng dần. 

Vận dụng: Tại sao nhện nước có thể di chuyển trên mặt nước?

Giải nhanh:

Liên kết hydrogen giữa các phân tử nước (trừ phân tử nằm trên bề mặt) tạo ra sức căng bề mặt cho nước. Nhện nước có khối lượng rất nhỏ, chân nó không thể chọc thủng màng căng này mà chỉ tạo ra “vết lún” trên bề mặt.

II. BÀI TẬP

Bài 1: Hợp chất nào dưới đây tạo được liên kết hydrogen liên phân tử?

A. CH₄.  B. H₂O.  C. PH₃.  D. H₂S.

Giải nhanh:

Chọn đáp án B.

Bài 2: Sự phân bố electron không đồng đều trong một nguyên tử hay một phân tử hình thành nên

A. một ion dương. B. một ion âm.

C. một lưỡng cực vĩnh viễn D. một lưỡng cực tạm thời.

Giải nhanh:

Chọn đáp án D.

Bài 3: Khí hiếm nào dưới đây có nhiệt độ sôi thấp nhất?

A. Ne.  B. Xe.  C. Ar.  D. Kr.

Giải nhanh:

Chọn đáp án A.

Bài 4: Biểu diễn liên kết hydrogen giữa các phân tử

a) Hydrogen fluoride

b) Ethanol (C₂H₅OH) và nước.

Giải nhanh:

a)

b)

Bài 5: Trong hai chất ammonia (NH₃) và phosphine (PH₃), theo em chất nào có nhiệt độ sôi và độ tan trong nước lớn hơn? Giải thích.

Giải nhanh:

NH₃ vì NH₃ tạo được liên kết hydrogen giữa các phân tử với nhau và có thể tạo liên kết hydrogen với nước.