Bài 11: Liên kết cộng hóa trị

Phân tử	Công thức (1)	Công thức (2)
CH$_{2}$O
N$_{2}$

Công thức (2) của nguyên tử N có thể hiện được quy tắc octet. Mỗi nguyên tử N trong phân tử N$_{2}$ có 8 electron lớp ngoài cùng, trong đó có 3 cặp electron chung giữa hai nguyên tử.

Trong phân tử HF có 2 electron dùng chung.

Nguyên tử H không có electron hóa trị riêng.

Nguyên tử F có 6 electron hóa trị riêng.

H có cấu hình electron là 1s$^{1}$ ⇒ Có 1 electron lớp ngoài cùng.

Cl có cấu hình electron là [Ne]3s$^{2}$3p$^{5}$ ⇒ Có 7 electron lớp ngoài cùng.

Để đạt được cấu hình của khí hiếm gần nhất, mỗi nguyên tử này đều cần thêm 1 electron. Vì vậy, mỗi nguyên tử H và Cl cùng góp 1 electron chung cho cả hai nguyên tử.

Khi đó trong phân tử HCl, lớp electron ngoài cùng của Cl và H lần lượt là 8 và 2 electron.

- Mô hình này không hợp lí trong thực tế. Để tạo ion F$^{7+}$ cần một năng lượng rất lớn so với tạo F$^{-}$.

- Mô tả hình thành liên kết trong phân tử F$_{2}$:

Nguyên tử F có cấu hình electron: 1s$^{2}$2s$^{2}$2p$^{5}$. Để đạt được cấu hình electron của khí hiếm gần nhất, mỗi nguyên tử này đều cần thêm 1 electron. Vì vậy mỗi nguyên tử F cùng góp 1 electron để tạo nên một cặp electron chung cho cả phân tử.

Nguyên tử N (Z = 7) có cấu hình electron là 1s$^{2}$2s$^{2}$2p$^{3}$

Nguyên tử H (Z = 1) có cấu hình electron là 1s$^{1}$

Để đạt được cấu hình của khí hiếm gần nhất, nguyên tử N cần thêm 3 electron, nguyên tử H cần thêm 1 electron. Vì vậy mỗi nguyên tử H sẽ góp chung 1 electron với nguyên tử N để tạo thành 3 cặp electron chung.

Các cặp electron chung cho phân tử NH$_{3}$

Công thức electron:

Công thức Lewis:

Công thức Lewis của CO$_{2}$

Giữa nguyên tử carbon và mỗi nguyên tử oxygen có 2 cặp electron chung.

Nguyên tử N (Z = 7) có cấu hình electron là: 1s$^{2}$2s$^{2}$2p$^{3}$

Để đạt được cấu hình của khí hiếm gần nhất, mỗi nguyên tử N đều cần thêm 3 electron. Vì vậy, mỗi nguyên tử N góp chung 3 electron để tạo nên 3 cặp electron chung cho cả hai nguyên tử.

Công thức Lewis của N$_{2}$

Cả nguyên tử N và các nguyên tử H đều thỏa mãn quy tắc octet.

Trên nguyên tử O còn 2 cặp electron riêng, khi hình thành H$_{3}$O$^{+}$, O sẽ sử dụng 1 cặp electron riêng này trở thành cặp electron chung cho cả O và H, cả O và các H đều thỏa mãn quy tắc octet. Như vậy, liên kết đơn giữa nguyên tử O trong H$_{2}$O và H$^{+}$ được tạo thành bởi một cặp electron góp chung của nguyên tử O.

H$_{2}$S

∆χ = χ(S) – χ(H) = 2,58 – 2,20 = 0,38

Nên liên kết giữa nguyên tử S và H là liên kết cộng hóa trị không cực.

CH$_{4}$

∆χ = χ(C) – χ(H) = 2,55 – 2,20 = 0,35

Nên liên kết giữa nguyên tử C và H là liên kết cộng hóa trị không cực.

K$_{2}$O

∆χ = χ(O) – χ(K) = 3,44 – 0,82 = 2,62

Nên liên kết giữa nguyên tử O và K là liên kết ion.

F$_{2}$O

∆χ = χ(F) – χ(O) = 3,98 – 3,44 = 0,54

Nên liên kết giữa nguyên tử F và O là liên kết cộng hóa trị có cực.

NaBr

∆χ = χ(Br) – χ(Na) = 2,96 – 0,93 = 2,03

Nên liên kết giữa nguyên tử Br và Na là liên kết ion.

Ô orbital lớp ngoài cùng của H (Z = 1) là:

Ô orbital lớp ngoài cùng của F (Z = 9) là:

Hai AOs của H xen phủ trục với nhau tạo liên kết đơn trong các phân tử H$_{2}$

Hai AOp của F xen phủ trục với nhau tạo liên kết đơn trong các phân tử F$_{2}$

Một AOs của H xen phủ trục với một AOp của F tạo liên kết đơn trong phân tử HF

Nguyên tử N (Z = 7) có cấu hình electron là 1s$^{2}$2s$^{2}$2p$^{3}$

Ô orbital lớp ngoài cùng của N (Z = 7) là:

Mỗi nguyên tử N có 3 AOp. Khi hình thành liên kết trong phân tử N$_{2}$, 2 AO p$_{z}$ xen phủ trục với nhau tạo 1 liên kết σ, 2 AO p$_{y}$ xen phủ bên với nhau tạo 1 liên kết π, 2AO p$_{x}$ xen phủ bên với nhau tạo 1 liên kết π.

Như vậy hai nguyên tử N liên kết với nhau bằng một liên kết ba tạo phân tử N$_{2}$ trong đó có 1 liên kết σ và 2 liên kết π.

Học sinh tự thiết kế theo mô hình được minh họa như sau:

Mô hình phân tử CH$_{2}$=CH$_{2}$:

Mô hình phân tử CHCl=CHCl:

Sắp xếp năng lượng của các loại liên kết của cùng một cặp nguyên tố theo chiều tăng dần: Năng lượng liên kết đơn < năng lượng liên kết đôi < liên kết ba của cùng một cặp nguyên tố tăng dần.

Do liên kết đơn chỉ gồm các liên kết sigma, liên kết đôi gồm 1 liên kết sigma và 1 liên kết pi còn liên kết ba gồm 1 liên kết sigma và 2 liên kết pi.

Phát biểu đúng là: (b), (d)

(a) Sai.

Sửa lại:

Nếu cặp electron chung bị lệch về phía một nguyên tử khi đó là liên kết cộng hóa trị có cực.

(b) Đúng.

(c) Sai

Sửa lại:

Cặp electron chung có thể được tạo nên từ 2 electron của cùng một nguyên tử (liên kết cho nhận) hoặc được tạo nên từ 2 electron của hai nguyên tử khác nhau, trong đó mỗi nguyên tử góp chung 1 electron.

(d) Đúng.

Phát biểu đúng: (c), (d)

Liên kết đôi được tạo nên từ 1 liên kết σ và 1 liên kết π.

Liên kết ba được tạo nên từ 1 liên kết σ và 2 liên kết π.

Công thức Lewis của H$_{2}$O:

Phân tử H$_{2}$O có 2 cặp electron hóa trị riêng.

Công thức Lewis của CH$_{4}$

Phân tử CH$_{4}$ không có cặp electron hóa trị riêng.

a) - Công thức phân tử của H$_{2}$S là H-S-H

⇒ Phân tử H$_{2}$S gồm hai liên kết S-H.

Tổng năng lượng liên kết trong phân tử H$_{2}$S là: 2.368 = 736 kJ mol$^{-1}$

- Công thức phân tử của H$_{2}$O là H-O-H

⇒ Phân tử H$_{2}$O gồm hai liên kết O-H

Tổng năng lượng liên kết trong phân tử H$_{2}$O là: 2.464 = 928 kJ mol$^{-1}$

b) Năng lượng liên kết trong phân tử H$_{2}$O lớn hơn H$_{2}$S (928 kJ mol$^{-1}$> 736 kJ mol$^{-1}$)

⇒ Nhiệt độ để bắt đầu phá vỡ liên kết (nhiệt độ phân hủy) H$_{2}$O lớn hơn H$_{2}$S

⇒ Nhiệt độ phân hủy của H$_{2}$O là 1000$^{o}$C, của H$_{2}$S là 400$^{o}$C

Năng lượng liên kết F-F là 159 kJ mol$^{-1}$

Năng lượng liên kết N≡N là 946 kJ mol$^{-1}$

⇒ Năng lượng cần để phá vỡ liên kết N≡N lớn hơn năng lượng cần để phá vỡ liên kết

F-F

⇒ Phản ứng của F$_{2}$với H$_{2}$ sẽ thuận lợi hơn