Liên kết hóa học – Phần 1

Trong hóa học, liên kết hóa họclà lực, giữ cho các nguyên tử cùng nhau trong các phân tử hay các tinh thể. Sự hình thành các liên kết hóa học giữa các nguyên tố để tạo nên phân tử được hệ thống hóa thành các lý thuyết liên kết hóa học .

    - Thuyết liên kết hóa trị và khái niệm của số ôxi hóa được dùng để dự đoán cấu trúc và thành phần phân tử.

  • - Thuyết vật lý cổ điển về liên kết điện tích và khái niệm của số điện âm dùng để dự đoán nhiều cấu trúc ion.

Với các hợp chất phức tạp hơn, chẳng hạn các phức chất kim loại, thuyết liên kết hóa trị không thể giải thích được và sự giải thích hoàn hảo hơn phải dựa trên các cơ sở của cơ học lượng tử.

Các đặc trưng không gian và khoảng năng lượng tương tác bởi các lực hóa học nối với nhau thành một sự liên tục, vì thế các thuật ngữ cho các dạng liên kết hóa học khác nhau là rất tương đối và ranh giới giữa chúng là không rõ ràng. Tuy vậy, Mọi liên kết hóa học đều nằm trong những dạng liên kết hóa học sau

1. Liên kết ion: Liên kết ion, hay liên kết điện tích, là một liên kết hóa học có bản chất là lực hút tĩnh điện giữa hai ion mang điện tích trái dấu. Liên kết ion thường là liên kết giữa các nguyên tử nguyên tố phi kim với các nguyên tử nguyên tố kim loại. Các nguyên tử kim loại (có 1, 2, 3 electron lớp ngoài cùng) có độ âm điện nhỏ, dễ mất electron tạo ra ion dương (cation). Các nguyên tử phi kim (có 5, 6, 7 electron lớp ngoài cùng) có độ âm điện lớn, dễ nhận electron để tạo ra ion âm (anion). Liên kết ion được hình thành do lực hút tĩnh điện giữa kim loại điển hình và phi kim điển hình.

Tính chất của các hợp chất có liên kết ion

  • Điểm nóng chảy cao do liên kết ion tương đối bền
  • Dẫn điện ở trạng thái nóng chảy và trong dung dịch, ở trạng thái rắn thường không dẫn điện.
  • Cứng và dễ vỡ
  • Hình thành tinh thể, có dạng rắn
  • Tinh thể ion thường không màu

ionic_bond

Liên kết ion trong muối ăn NaCl, một dạng liên kết ion điển hình

2. Liên kết cộng hóa trị: Liên kết cộng hóa trị là liên kết được hình thành giữa các nguyên tử bằng một hay nhiều cặp điện tử (electron) chung. Như sự hình thành phân tử H2, nguyên tử H có cấu hình electron là 1s2. Mỗi nguyên tử H góp chung 1 electron tạo thành 1 cặp electron trong phân tử H2, như vậy, trong phân tử H2, mỗi nguyên tử có 2, giống bền vững của khí hiếm heli. Liên kết cộng hóa trị được chia làm hai loại: Liên kết hóa trị không phân cực và liên kết hóa trị phân cực.

Liên kết hóa trị không phân cực

Là liên kết giữa cộng hóa trị giữa nguyên tử của các nguyên tố có độ âm điện bằng nhau. Do đó, các cặp electron chung không bị nghiêng về bất cứ bên nào, liên kết không phân cực (Giống ví dụ nêu trên).

Liên kết công hóa trị phân cực

Là liên kết cộng hóa trị giữa nguyên tử của các nguyên tố có độ âm điện không bằng nhau. Do đó, các cặp electron chung bị nghiêng về nguyên tử có độ âm điện lớn hơn, liên kết bị phân cực.

Ví dụ: Liên kết cộng hóa trị giữa H và Cl: Mỗi nguyên tử góp chung 1 electron tạo nên 1 liên kết cộng hóa trị, độ âm điện của Cl là 3.16, lớn hơn của H là 2.2 nên cặp electron chung bị nghiêng về phía Cl, liên kết bị phân cực.

Tính chất của liên kết cộng hóa trị

Các chất mà phân tử chỉ có liên kết cộng hóa trị có thể là chất rắn như: đường, lưu huỳnh, sắt…; chất lỏng như: nước, rượu…, hoặc chất khí như: cacbonic, clo, hiđrô,…

Các chất có cực như ancol ethylic, đường,… tan nhiều trong dung môi có cực như nước. Phần lớn các chất không cực như iot và các chất hữu cơ không cực tan trong dung môi không cực như benzen, cacbon tetraclorua…

Nói chung, các chất chỉ có liên kết cộng hóa trị không cực không dẫn điện ở mọi trạng thái.

3. Liên kết cộng hóa trị phối hợp: Liên kết cộng hóa trị phối hợp (còn được biết đến như là liên kết cho nhận) là một dạng đặc biệt của liên kết cộng hóa trị, trong đó các điện tử chia sẻ chỉ đến từ một nguyên tử duy nhất. Khi liên kết được tạo thành, độ bền của nó không khác gì so với liên kết cộng hóa trị.

Các liên kết cộng hóa trị phối hợp được tạo thành khi một bazơ Lewis (chất cung cấp điện tử) cung cấp một cặp điện tử cho axít Lewis (chất nhận điện tử) và hợp chất tạo thành sau đó được gọi là adduct.

Tính chất của liên kết cộng hóa trị phối hợp

Các liên kết phối hợp có thể tìm thấy trong nhiều chất khác nhau, chẳng hạn như trong các phân tử đơn giản như mônôxít cacbon (CO), trong đó có một liên kết phối hợp và hai liên kết cộng hóa trị thông thường giữa nguyên tử cacbon và nguyên tử ôxy, hay trong ion amôni (NH4+), trong đó liên kết phối hợp được tạo thành giữa prôton (ion H+) và nguyên tử nitơ. Các liên kết phối hợp cũng được tạo ra trong các hợp chất thiếu điện tử, chẳng hạn như trong clorua berili rắn (BeCl2), trong đó mỗi nguyên tử berili được liên kết tới bốn nguyên tử clo, hai với liên kết cộng hóa trị thông thường và hai với liên kết phối hợp, điều này sẽ tạo cho nó một cặp tám (octet) ổn định của các điện tử.

Các liên kết phối hợp cũng có thể tìm thấy trong các phức chất phối hợp có sự tham gia của các ion kim loại, đặc biệt nếu chúng là các ion kim loại chuyển tiếp. Trong các phức chất này, các chất trong dung dịch hoạt động như các bazơ Lewis và cung cấp các cặp điện tử tự do của chúng cho ion kim loại, trong lượt nó hoạt động như các axít Lewis và nhận các điện tử. Các liên kết phối hợp tạo ra các hợp chất gọi là phức chất phối hợp, trong khi chất cung cấp điện tử được gọi là các phối tử. Có rất nhiều hóa chất với các nguyên tử có các cặp điện tử cô độc, chẳng hạn ôxy, lưu huỳnh, nitơ và các halôgen hay các ion halua, mà trong dung dịch có thể cung cấp các cặp điện tử để trở thành các phối tử. Một phối tử thông thường là nước (H2O), nó sẽ tạo thành các phức chất phối hợp với bất kỳ ion kim loại ngậm nước nào, chẳng hạn Cu2+, để tạo ra [Cu(H2O)6]2+ trong dung dịch nước. Các phối tử đơn giản khác là amôniắc (NH3), các ion florua (F-), clorua (Cl-) và xyanua (CN-).

4. Liên kết kim loại: Liên kết kim loại là liên kết bên trong của các kim loại. Nó là sự chia sẻ các điện tử tự do giữa các nguyên tử kim loại trong lưới tinh thể.

Theo quan điểm truyền thống, liên kết kim loại là không phân cực, trong đó hoặc là không có sự sai khác về độ âm điện (đối với kim loại nguyên tố) hoặc rất nhỏ (đối với hợp kim) giữa các nguyên tử tham gia vào tương tác liên kết, và các điện tử tham gia trong tương tác này là tự do trong cấu trúc mạng tinh thể của kim loại.

Liên kết kim loại đặc trưng cho nhiều đặc trưng vật lý của kim loại, chẳng hạn như tính dễ dát mỏng, dễ kéo dài, tính dẫn điện và dẫn nhiệt cũng như ánh kim.Một số tính chất khác của kim loại như tính cứng, nhiệt độ nóng chảy nhiệt, nhiệt độ sôi phụ thuộc vào mật độ electron trong bán kính nguyên tử kim loại.

Cơ học lượng tử cũng có thể được dùng để giải thích về liên kết kim loại.

Các kim loại khi liên kết sẽ tạo thành một mạng lưới tinh thể mà cụ thể là mạng kim loại (được đặc trưng bằng các ion dương nằm tại nút mạng và liên kết giữa chúng là liên kết kim loại). Mạng kim loại thông thường đối với hầu hết các kim loại là: lập phương tâm diện, lập phương tâm khối và lục phương. Trong đó, mạng lục phương và lập phương tâm diện là khít nhất.

5. Liên kết hiđrô:  Liên kết hiđrô là liên kết hóa học khi có lực hút tĩnh điện giữa:

  • H mang điện dương: là nguyên tử hidro liên kết với nguyên tố có độ âm điện mạnh như N, Cl, O, F
  • Nguyên tố có độ âm điện mạnh, mang điện âm

Ảnh hưởng của liên kết hidro đến tính chất lí, hóa học của các chất

  • Liên kết hidro liên phân tử làm tăng nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi…
  • Liên kết hidro liên phân tử làm giảm độ điện ly của axit
  • Gây biến đổi độ tan : nếu chất tan tạo được liên kết hidro với dung môi thì chất tan tan tốt trong dung môi đó. Ví dụ: rượu etilic tan vô hạn trong nước, amoniac tan rất tốt trong nước…

Mọi liên kết hóa học phát sinh ra từ tương tác giữa các điện tử của các nguyên tử khác nhau đưa đến quá trình hình thành liên kết chính là sự giảm mức năng lượng. Điều này cho thấy, các quá trình hình thành liên kết luôn có năng lượng đính kèm entanpi < 0 (hệ toả năng lượng).

Trong liên kết điện tích, nguyên tố các điện tích liên kết với nhau qua lực hấp dẫn điện giữa hai điện tích. Vậy, các nguyên tố để cho hay nhận điện tử âm để trở thành điện tích dương hay âm sẻ dễ dàng liên kết với nhau. Liên kết điện tích ion được mô tả bởi vật lý cổ điển bằng lực hấp dẫn giữa các điện tích.

Trong liên kết cộng hóa trị, Các dạng liên kết hóa học được phân biệt bởi khoảng không gian mà các điện tử tập trung hay phân tán giữa các nguyên tử của chất đó. Các điện tử nằm trong liên kết không gắn với các nguyên tử riêng biệt, mà chúng được phân bổ trong cấu trúc ngang qua phân tử, được mô tả bởi học thuyết phổ biến đương thời là các quỹ đạo phân tử. Không giống như liên kết ion thuần túy, các liên kết cộng hóa trị có thể có các thuộc tính không đẳng hướng. Trạng thái trung gian có thể tồn tại, trong các liên kết đó là hỗn hợp của các đặc trưng cho liên kết ion phân cực và các đặc trưng của liên kết cộng hóa trị với điện tử phân tán. Liên kết cộng hóa trị thì phải dựa chủ yếu vào các khái niệm của cơ học lượng tử về khoảng không gian mà các điện tử tập trung hay phân tán với một năng lượng nhiệt tương ứng.

Các liên kết hóa học phải tuân theo định luật bảo tồn năng lượng.

Nguồn Wikipedia

lien_ket_hoa_hoc_Page_005
lien_ket_hoa_hoc_Page_006
lien_ket_hoa_hoc_Page_007
lien_ket_hoa_hoc_Page_008
lien_ket_hoa_hoc_Page_009
lien_ket_hoa_hoc_Page_010
lien_ket_hoa_hoc_Page_011
lien_ket_hoa_hoc_Page_012
lien_ket_hoa_hoc_Page_013
lien_ket_hoa_hoc_Page_014
lien_ket_hoa_hoc_Page_015
lien_ket_hoa_hoc_Page_016
lien_ket_hoa_hoc_Page_017
lien_ket_hoa_hoc_Page_018
lien_ket_hoa_hoc_Page_019
lien_ket_hoa_hoc_Page_020
lien_ket_hoa_hoc_Page_021
lien_ket_hoa_hoc_Page_022
lien_ket_hoa_hoc_Page_023
lien_ket_hoa_hoc_Page_024
lien_ket_hoa_hoc_Page_025

Facebook Comments

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>